Doctorant (H/F) Développement d'un microdétecteur à photoionisation pour la détection de composés organiques par chromatographie en phase gazeuse.

Les missions du poste

Dans son ensemble, ce projet vise à développer un chromatographe en phase gazeuse miniaturisé (μGC), intégrant un micropréconcentrateur rempli avec un adsorbant spécifique et un microdétecteur sélectif, pour l'analyse en continu des Composés Aromatiques Polycycliques (CAPs). Cet instrument sera portable et mesurera en continu les niveaux de CAPs dans l'air simultanément en phases gazeuse et particulaire.

Dans le cadre de cette thèse, il s’agira de concevoir et fabriquer un microdétecteur à photoionisation à décharge, sélectif aux CAPs et très sensible (μDPID) puis de tester les performances du µGC dans des conditions contrôlées de laboratoire puis lors de campagnes de terrain.

Contexte de travail
Contexte labo
L’équipe de Chimie Analytique et Matériaux pour l'Environnement et la Santé (CAMATES) développe des méthodes analytiques pour la détection de molécules organiques essentiellement dans l’air mais aussi dans les autres matrices environnementales (eau, sols). Les activités de l’équipe se structurent autour de 3 axes de recherches :
• Axe 1 : Méthodes analytiques on-line via des dispositifs microfluidiques pour la quantification de polluants de l'air
• Axe 2 : Méthodes d'analyse off-line via des techniques chromatographiques
• Axe 3 : Etude de l'adsorption de molécules organiques sur des matériaux variés

Ce projet de recherche s’inscrit principalement dans le cadre de l’axe 1. Les méthodes on-line couplent le prélèvement, la séparation des espèces ou une réaction de dérivation sélective ainsi que la détection en temps quasi-réelle. La microfluidique permet d’obtenir des dispositifs compacts et portables.

L’équipe CAMATES est intégrée au département de Chimie pour l'Environnement et la Santé, au sein de l’Institut de Chimie et Procédés pour l’Énergie, l’Environnement et la Santé (ICPEES), unité mixte de recherche (UMR7515), située dans les locaux de l’École de Chimie, Polymères et Matériaux (ECPM) de l’Université de Strasbourg.

Contexte projet
Cette thèse sera financée dans le cadre d’un projet financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) dont le résumé est présenté ci-dessous.

Les Composés Aromatiques Polycycliques (CAPs) sont constitués de deux cycles ou plus et sont des polluants majeurs de l’air. Ils comprennent les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), les oxy-HAPs, les nitro-HAPs, les azaarènes et les thiaarènes. Ils
sont reprotoxiques, mutagènes et cancérigènes, même à faible dose. Toutefois, leur évaluation est trop souvent limitée aux 16 HAPs prioritaires. Les sources de CAPs dans l’air sont les procédés industriels, les gaz d'échappement et le chauffage. Les HAPs s’oxydent
en oxy-HAPs et nitro-HAPs. A ce jour, les CAPs sont rarement mesurés que par des techniques off-line coûteuses et fastidieuses. La mesure continue en ligne des PACs dans l'air reste un défi et un besoin pour les scientifiques et les agences de surveillance.

Pour y remédier, ce projet vise à développer un chromatographe en phase gazeuse miniaturisé (μGC), intégrant un micropréconcentrateur rempli avec un adsorbant spécifique et un microdétecteur sélectif, pour l'analyse en continu des CAPs. Cet instrument sera portable et mesurera en continu les niveaux de CAPs dans l'air simultanément en phases gazeuse et particulaire. A cette fin, il s’agira de : 1) développer des matériaux composites intégrant un nanomatériau sélectif aux CAPs (résultats préliminaires) ; 2) étudier les efficacités d’adsorption et de désorption des CAPs avec ces matériaux ; 3) Concevoir et fabriquer un microdétecteur à photoionisation à décharge, sélectif aux CAPs et très sensible (μDPID) ; 4) intégrer l’ensemble de ces éléments dans un μGC bénéficiant d’une nouvelle électronique et piloté par un logiciel déporté sur une tablette.

Ce travail reposera sur des compétences complémentaires dans la synthèse de matériaux (partenaire 1, équipe 2), les études de sorption (partenaire 1), la microfluidique et la microfabrication (partenaires 1 (équipe 1) et 2, réseau RENATECH du CNRS) et le développement d'instruments portables fonctionnant en temps réel (partenaires 2 et 1 (équipe 1).

Profil de candidature:

Moyenne en Master 1 et 2 supérieure à 12/20 (fournir CV avec mention, classement dans la promotion et moyenne pour chaque année y compris le BAC (Prérequis de l’École Doctorale ED222).

Savoirs généraux, théoriques ou disciplinaires :
- Chimie analytique (connaissance approfondie) ;
- Chromatographie en phases gazeuse (connaissance approfondie) ;
- Instrumentation et mesures (connaissance approfondie) ;
- Pollution de l’air ;
- Chimie des matériaux ;
- Techniques de caractérisation des matériaux ;
- Anglais : niveau B1 ou mieux

Savoirs sur l'environnement professionnel :
- Organisation et fonctionnement de l'enseignement supérieur et de la recherche publique ;

Savoirs faire opérationnels :
- Rédiger des rapports ou des documents techniques ;
- Utiliser les outils informatiques nécessaires au pilotage des appareils analytiques et aux traitements des données ;
- Élaborer une méthode d’analyse ;
- Prendre en compte la validité et les limites de la méthode de caractérisation utilisée ;
- Appliquer les règles d'hygiène et de sécurité ;
- Travailler en équipe ;
- Communiquer avec des experts de son domaine ;
- Élaborer un cahier des charges technique.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques
Pas de risques spécifiques.