Thèse Capteur Mems Résonnant pour la Détection de Gaz par Spectroscopie Photoacoustique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Alexis BRENES ORCID 0000000230521179 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Les maladies respiratoires chroniques comptent parmi les affections non transmissibles les plus répandues dans le monde, principalement en raison d'expositions environnementales, professionnelles et liées au mode de vie [James2017]. En 2017, la Société Européenne de Pneumologie (ERS) a défini des priorités de recherche sur les biomarqueurs respiratoires [Horvath2017], recommandant le développement de technologies pour une reconnaissance sélective des gaz et des procédures standardisées de mesure en temps réel de la fonction pulmonaire. Actuellement, seuls quelques capteurs électrochimiques existent pour l'air expiré : ils sont sensibles mais peu sélectifs et ne détectent qu'un nombre limité de gaz. À l'hôpital, seul le monoxyde d'azote (NO) est utilisé comme biomarqueur diagnostique. Le CO, le CO et l'O sont parfois mesurés à forte concentration dans des protocoles spécifiques, par exemple pour évaluer la diffusion alvéolaire. En dehors de la capnographie (CO), aucun dispositif n'offre de mesures en temps réel dans les différentes zones respiratoires.
Cette thèse vise à développer un capteur photoacoustique compact, ultrasensible et sélectif. La spectroscopie photoacoustique (PAS) détecte les gaz en mesurant leurs raies d'absorption. Un laser, réglé sur la longueur d'onde du gaz cible, provoque un échauffement local et des variations de pression détectées par un microphone, un cantilever, un diapason quartz ou des MEMS. La détection est indépendante de la longueur d'onde et du trajet optique, ce qui permet d'analyser de très petits volumes et d'obtenir une détection rapide. La structure proposée utilise une jauge de contrainte résonante dont la fréquence varie avec la déformation de la membrane excitée par l'onde acoustique.
La thèse s'inclut dans le cadre d'un projet ANR avec l'IES (Montpellier), le GEEPS (Gif-sur-Yvette) et PhyMedex (Montpellier). Il s'agit de contribuer à la conception d'un capteur MEMS résonnant, de le fabriquer, de le caractériser sur banc en salle blanche. Ces différentes tâches nécessitent des aller-retour permanents entre conception (analytique et éléments finis), faite par un partenaire mais qu'il faut pouvoir comprendre et maîtriser suffisamment, fabrication sur wafer et tests opto-électro-mécaniques. Il faudra montrer la faisabilité du concept et identifier les limites associées.

Ce projet multidisciplinaire implique plusieurs domaines incluant :
- Mécanique : résonateurs linéaires et non-linéaires. Bonne compréhension des phénomènes acoustiques et de vibrations de structures. Modélisation analytique et éléments finis
- Electronique: Bancs de tests incluant générateurs de signaux, détection synchrone, boucle à verrouillage de phase, oscilloscopes, interfaçage par ordinateur, etc.
- Process de fabrication en salle blanche : volonté de travailler à la fabrication et à la caractérisation de dispositifs en salle blanche : lithographie, gravure, observations au microscope, caractérisation optique de nanostructures en mouvement, etc.
Il n'est bien sûr pas requis que le candidat soit à l'aise avec l'ensemble de ces éléments mais elle/il devra être motivé pour les investiguer. Des compétences en optique géométrique (en particulier des compétences expérimentales) et une expérience des tests sous vide serait un plus. Une connaissance de Matlab et/ou Python serait également un plus.