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Une solution innovante pour détecter des polluants dans le sous-sol

Des chercheurs de FEMTO-ST et de l’entreprise TOTAL SA ont réussi à détecter des polluants organiques avec des méthodes ne nécessitant aucun prélèvement d’échantillon et ont été capable de suivre l’évolution de la pollution du sous-sol sur des périodes allant jusqu’à plusieurs années.

Ce challenge a été rendu possible grâce au développement  des capteurs autonomes et sans-fil capables de détecter du sulfure d’hydrogène à travers une couche de sable. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue ACS Sensors.

La pollution des sols et plus particulièrement des sous-sols est un enjeu environnemental majeur. Cette problématique est très prégnante sur les zones qui furent occupées pendant des années par des activités humaines, en particulier pour les sites industriels. De nombreuses normes ont été mises en place afin de lutter contre ce fléau qui peut avoir des conséquences sur les nappes phréatiques et sur la réutilisation de ces terrains pour de nouvelles activités (constructions, terres agricoles, etc.).

Le principal défi pour suivre la pollution des sous-sols est d’observer sur de longues périodes, allant jusqu’à plusieurs années, l’évolution de la pollution dans le sous-sol. Le principe actuel est fondé sur un échantillonnage à intervalles réguliers via un triptyque prélèvement sur le terrain-extraction-analyse. Cette stratégie est efficace en matière de d’analyse (seuil de détection, composition, etc.) mais longue et coûteuse.

Dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entreprise financé par l’agence nationale de la recherche (projet UNDERGROUND ANR-17-CE24-0037), les chercheurs de l’Institut FEMTO-ST (CNRS/Université de Franche-Comté/École Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechnologies de Besançon) et de l’entreprise TOTAL SA ont développé une nouvelle génération de capteur qui permet de détecter un polluant très nocif, le sulfure d’hydrogène, H2S, au travers d’une couche de sable. Pour cela, ils ont mis au point d’une part des capteurs à ondes élastiques sans-fil et sensibles à H2S et d’autre part ils ont optimisé le système d’interrogation pour pouvoir suivre la pollution du sous-sol à travers une couche de sable.

Le point de départ de cette étude est l’utilisation de capteurs utilisant des ondes élastiques de surface (SAW) car ces transducteurs sont passifs et peuvent être interrogés sans fil : ils ne nécessitent pas de source d’énergie locale pour fonctionner et ils peuvent être interrogés à distance par une onde radio. Ils sont donc idéaux pour une utilisation dans le sous-sol. De plus, les RADAR de sol (ground penetrating RADAR – GPR) sont connus pour être des outils performants pour l’analyse géologique des sous-sols. Néanmoins, les performances de ce type de GPR ne sont pas adaptées à détecter des espèces chimiques. Ainsi, des chercheurs de l’Institut FEMTO-ST, spécialistes en électronique et en temps-fréquence, ont modifié un GPR commercial pour lui conférer l’aptitude à interroger des capteurs SAW.  En parallèle, des chimistes de FEMTO-ST ont développé un polymère de coordination dont les propriétés mécaniques sont modifiées par une réaction spécifique avec H2S, permettant ainsi la détection de H2S par des ondes acoustiques de surface (SAW). Ce polymère est aussi compatible avec mes procédés de fabrication collective utilisés dans la salle blanche MIMENTO de FEMTO-ST (réseau national RENATECH).

DOI : 10.1021/acssensors.0c00013

Contacts :
Frédéric Chérioux
Jean-Michel Friedt