Thèse Détection de Micropolluants dans l'Eau Fabrication d'Un Capteur Microfluidique à Base d'Un Réseau de Nanoparticules Enviro-Intelligentes H/F - 31

Établissement : Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse
École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse
Laboratoire de recherche : LPCNO - Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets
Direction de la thèse : Etienne PALLEAU ORCID 0000000299234936
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

L'idée de ce projet est de proposer une nouvelle génération de microcapteurs sous la forme de puces microfluidiques capables de détecter in situ avec une extrême précision la présence de plusieurs (micro)polluants dans d'infimes quantités d'eau.
Pour cela, la zone sensible du microcapteur sera constituée d'un réseau de différents types de nanoparticules dont les propriétés de captations seront spécifiques et sélectives des (micro)contaminants. La détection et la quantification de ces derniers se fera au travers de la réponse en photoluminescence des nanoparticules dont la longueur d'onde d'émission et l'intensité lumineuse seront adaptées en conséquence. La fabrication du microcapteur exploitera divers phénomènes et fonctions microfluidiques comme la création de flux laminaires et l'intégration de structures de type « gradient » ainsi que la technique d'assemblage dirigé électrostatique dite de nanoxérographie.

Le suivi des micropolluants présents dans les eaux constitue un enjeu sociétal majeur. En effet, la contamination des rivières et des fleuves par des substances d'origine anthropique - telles que des rejets chimiques issus des activités industrielles, agricoles ou encore des systèmes de refroidissement des centrales nucléaires - représente une menace croissante pour l'environnement et la santé publique. Cette problématique souligne également l'importance d'une traçabilité rigoureuse des eaux destinées à la consommation humaine, face à la présence potentielle de métaux lourds, de perturbateurs endocriniens ou encore de microplastiques

proposer une nouvelle génération de microcapteurs sous la forme de puces microfluidiques capables de détecter in situ avec une extrême précision la présence de plusieurs (micro)polluants dans d'infimes quantités d'eau.

Ce projet innovant se décompose en plusieurs tâches qui sont autant de challenges que le/la candidat.e devra traiter :
*Induction optique de charges électrostatiques in situ en microfluidique. Depuis une quinzaine d'années, l'équipe Nanotech à Toulouse a développé une technique novatrice, la nanoxérographie, procédé qui consiste à injecter, dans un matériau électret, des charges électrostatiques sous la forme de motifs d'intérêt.3 Ces motifs chargés servent ensuite de pièges pour assembler électrostatiquement sur la surface, des nano-objets chargés et/ou polarisables initialement dispersés en solution. Il existe plusieurs méthodes d'injection parallèle de motifs sur des surfaces millimétriques mais elles dépendent jusqu'alors toutes de l'utilisation contraignante d'un masque/timbre physique.4,5 L'objectif est de proposer une nouvelle méthode optique d'induction de charges par masquage digital UV DMD6 qui pourrait ultimement être réalisée par transparence au sein du microcapteur microfluidique. A ces fins, en collaboration avec l'entreprise grenobloise Microlight3D, un tout nouvel équipement sera installé sur lequel le/la candidat.e sera formé.e.
*Co-assemblage simultané par nanoxérographie microfluidique. Afin de limiter le nombre d'étapes de fabrication du microcapteur et de multiplexer les analyses réalisables sur un même prélèvement d'eau, il sera nécessaire de chercher à assembler simultanément au moins trois types de nanoparticules fonctionnalisées différentes sur des zones prédéfinies. Pour cela, il faudra tirer profit du phénomène de co-écoulement laminaire7 des dispersions colloïdales qu'il faudra intégrer au procédé de nanoxérographie, une preuve de concept ayant déjà été démontrée lors d'une thèse précédente. Le/la candidat·e sera en charge des échanges avec notre partenaire toulousain du laboratoire SOFTMAT, tant pour discuter et définir conjointement les fonctionnalisations possibles des nanoparticules à base de polymères enviro-intelligents que pour lui transmettre des retours d'expérience sur l'assemblage, dans une démarche d'adaptation et d'amélioration des polymères.
*Caractérisation du microcapteur. Dans cette tâche, il faudra vérifier la bonne sélectivité de l'absorption/adsorption des microcontaminants par divers polymères enrobant les nanoparticules mais également la réversibilité de la détection. Il sera en effet nécessaire de développer un protocole (via changement de pH, température, écoulement d'une solution tampon, etc.) afin de désaturer le réseau et réinitialiser facilement la détection. Enfin, des tests de sensibilité devront être menés en s'appuyant sur la possibilité d'implémenter des structures microfluidiques de type « gradient » afin de tester simultanément une multitude de concentrations de micropolluants et ainsi déterminer le seuil de détection associé.