Point thèse du 13 02 08

60279000

Description

LeRipaultDéveloppement d'un capteur de dérivés nitroaromatiques baséssur la détection par fluorescencePrésenté par Thomas CaronLaboratoire Synthèse et FormulationDirectrice de Thèse : Françoise Serein-Spirau (ENSCM)Co-directeur de Thèse : Pierre Montméat (CEA)Co-encadrants : Eric Pasquinet (CEA), Jean-Pierre Lère-Porte (ENSCM)1Contexte :Projet NRBCEde lutte LeRipaultcontre la menace terroriste(coordinateur : CEA)NucléaireExplosifRadiologiqueChimiqueBactériologiqueLes explosifs représentent la principale menace puisqu’ils sont impliqués dans 80% des attentats (ex : Londres, Madrid, etc…).Ils sont également un moyen de dispersion des autres menaces.- Empêcher la formation des explosifs- Mettre en œuvre des moyens de détection2Objectifs de la thèse :Détection de nitroaromatiques :LeRipault- Vieillissement de matériaux fluorescents :CH3 - Etude de durées de vie (en fonctionnement ou en conservation).O N NO2 2- Compréhension du mécanisme de dégradation.- Compréhension du phénomène de détection :NO2- Comparaisons de matériaux sensiblesTNT- Caractérisation physico-chimiques- Développement du capteur :- Evaluation de la sensibilité et de la sélectivité- Détermination des limites de détectionDétection de peroxydes :- Synthèse de matériaux pour la détection de peroxydes (ex : H O ) par fluorescence2 23Principe de détection par extinction de fluorescence :LeRipaultLUMOCH3O N NO2 2LUMOPhotonNO2PhotonTNTHOMOEtat Fo* Etat ...

Informations

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• Langue: Catalan

Extrait

L e R ipault

Développement d'un capteur de dérivés nitroaromatiques basés sur la détection par fluorescence

Présenté par Thomas Caron Laboratoire Synthèse et Formulation

Directrice de Thèse : Françoise Serein-Spirau (ENSCM)

Co-directeur de Thèse : Pierre Montméat (CEA)

Co-encadrants : Eric Pasquinet (CEA), Jean-Pierre Lère-Porte (ENSCM)

1

LeRipault

Contexte :

N ucléaire

Projet NRBCE de lutte contre la menace terroriste (coordinateur : CEA)

R adiologique

C himique B actériologique

E xplosif

Les explosifs représentent la principale menace puisquils sont impliqués dans 80% des attentats (ex : Londres, Madrid, etc). Ils sont également un moyen de dispersion des autres menaces.

- Empêcher la formation des explosifs - Mettre en uvre des moyens de détection

2

Objectifs de la thèse :

Détection de nitroaromatiques :

L e R ipault

O 2 N

CH 3 NO 2

NO 2 TNT

- Vieillissement de matériaux fluorescents :

- Etude de durées de vie (en fonctionnement ou en conservation). - Compréhension du mécanisme de dégradation.

- Compréhension du phénomène de détection : - Comparaisons de matériaux sensibles - Caractérisation physico-chimiques

- Développement du capteur :

- Evaluation de la sensibilité et de la sélectivité

- Détermination des limites de détection

Détection de peroxydes :

- Synthèse de matériaux pour la détection de peroxydes (ex : H 2 O 2 ) par fluorescence

3

LeRipault

Principe de détection par extinction de fluorescence :

Photon

LUMO

HOMO

Et * a E t t F at o  n E d x a ci m té e * ntal Matériau fluorescent

Photon

LUMO

CH 3 O 2 N NO 2

NO 2 TNT

4

t, π-conuorescenréai ulf imen M » ta t sesspoecélontr ehci ne ugujr ,é ylesohexcycl ons cnit sof teddéna eracsp eurpoesntarbmocne senimi  iiD« es   lot ms.if 8 HOC 8 C 71 O 71 H N N

0.3 8 Absorption 0.25 Emission 7 6 0.2 5 Φ=40% 0.15 4 0.1 3 2 0.05 1 0 0 300 400 500 600 700 Longue ur d'onde (nm) Propriétés spectrales d un film de ’ « Diimine »

Clichés MEB Matériau à forte rugosité

Vue 3D de la molécule

Caractérisations AFM

Matériau déposé par Spin-coating Epaisseur ≈ 50-100 nm

minie: l  aidsensibleatériau 'd nm nutnesoita ulpa ré t P 5 RiLe

Porte lame / Chambre de réaction

Diodes

Filtres

Photomultiplicateur

Lame en verre guide donde

Carte d'acquisition

Diodes excitatrices

Principe de fonctionnement de la lame guide d'onde Entré et sortie de gaz

Photomultiplicateur

Chambre de réaction

6 iReL tyto dpe ulpa ro t Pue r P : or  eédettc e détecttotype dcseroulf rap rueceen

1 : Équilibrage du système (Air sec) 2 : Exposition au nitroaromatique, chute de fluorescence Signal 3 : Retour sous air, réversibilité du système R= I 0 -I 1 I 0

6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Temps (min)

Air reconstitué (Air Liquide) Air N 2 : 80% Sec O 2 : 20% H 2 O ≤ 3 ppm

Manomètre P = 2 bar

1

I 0 R 3 I 1 2

Air contenant des traces de nitroaromatique (ppb)

RDM

Régulateur de débit massique (20 l/h)

RDM Cellule thermostatée contenant un nitroaromatique solide (TNT ou DNT)

Prototype

'un nt d de testtcoiédetsua  nos Le 7 D tluapiR emeluoréostmèrphcoe rônt eél:

L e

R ipault

Détermination des limites de détection du capteur

8

L e R ipault

Détermination des limites de détection du capteur :

Méthode de génération de vapeurs :

Air sec + Nitroaromatique (quelques ppb)

Pression de vapeur

Cellule thermostatée

Nitroaromatique (solide)

Température décroissante

Air sec (Débit D)

9

- Extraction du DNT en phase vapeur par barbotage (2 à 6 heures), puis mesure UV de la concentration

- Extraction du TNT en phase vapeur par adsorption sur TENAX (24 heures), puis extraction de la phase solide à lacétonitrile et mesure UV de la concentration.

Tube SPE

Adsorbant

[ DT N T ]  =  f ( T ) DT N T

Acétonitrile

Air reconstitué (Air Liquide) Air N 2 : 80% Sec O 2 : 20% H 2 O ≤ 3 ppm

Manomètre P 2 bar =

RDM

Température variable (-5°C - 25°C)

Régulateur de débit massique (20 l/h) RDM

ectnaritno ségénrées : tcet noic udetpa Me ur resues don c reimD t ténod anitimites le dées d 10 ulpaRiLe

DNT TNT Modèle d'antoine A 9.5 16.1 Paramètres B 4994.1 5003.7 343.2 208.5

30

TNT (Pvap 1 à 25°C : 6 ppbv)

8 Points expérimentaux Modèle d'Antoine 6

4

2

120 Points expérimentaux Modèle d'Antoine 100 80 60 40 20 0 0 -10 0 10 20 30  -10 0 10 20 Temperature (°C) Temperature (°C) Gamme de concentration obtenue : Gamme de concentration obtenue : [10-110 ppbv] [1-7 ppbv]

DNT (Pvap 1 à 25°C : 148 ppbv)

5ci,snymamrdoT eh1-30, 307, 9 197P1alle CJ.m.heP., .  A Le 11 paRi tionminaéter ult Dd  etisel mid seap cdun iocttedé oitartnecnoC ruet ées :ns génér