Contribution to the development and miniaturization of optical particulate matter sensors

Contribution au développement et à la miniaturisation de capteurs optiques de particules Cette thèse est une contribution à la communauté scientifique pour le développement des capteurs optiques de particules fines sur puce de demain, qui doivent être miniaturisés, portables et peu coûteux, avec une bonne sensibilité et précision. Le développement de ces capteurs a pour objectif de répondre aux problèmes sanitaires et environnementaux actuels liés à la surveillance de la qualité de l'air.À quoi doit ressembler un tel capteur, quelles architectures fonctionnent, lesquelles ne fonctionnent pas ? Quelles sont les difficultés que nous n'imaginions pas rencontrer ? Voilà les questions auxquelles nous avons tenté de répondre, en explorant trois nouvelles architectures de compteurs optiques de particules (OPCs).Un premier prototype a été développé, et comprend un capteur d'image CMOS troué d'un canal fluidique d'air. Une particule, qui circule dans le canal, traverse un faisceau lumineux et diffuse un motif spécifique, qui est enregistré par le capteur d'images suivant une configuration d'imagerie sans lentille. Ensuite, un mode d'imagerie amélioré est étudié avec un second prototype qui implique une pièce monolithique en verre, de taille millimétrique, où sont assemblés des lentilles et des miroirs. Ce système optique miniature est directement couplé au capteur d'images troué. Pour les premier et second prototypes, des images expérimentales de billes de polystyrène calibrées sont utilisées pour retrouver le diamètre et l'indice de réfraction des particules, à l'aide de procédures de traitement d'image dédiés.Enfin, au moyen d'un troisième prototype, nous étudions comment une cavité optique résonnante est perturbée par la présence d'une particule. En particulier, on étudie une cavité verticale ouverte qui comprend des miroirs diélectriques tels que des miroirs de Bragg et des miroirs minces à cristaux photoniques. La compréhension des mécanismes impliqués dans la perturbation de cavité permet de concevoir un OPC à haute sensibilité, où le mode de la cavité perturbée est analysé par imagerie en transmission.