Jury :

• Pr. Frederic Garet, Professeur des Universités, IMEP-LAHC, Université de Savoie Mont-Blanc – Rapporteur
• Dr. Yanko Todorov, Chargé de recherche CNRS, LPENS, Université Paris Sciences et lettres – Rapporteur
• Pr. Guillaume Ducournau, Professeur des Universités, IEMN, Université de Lille – Directeur de thèse
• Dr. Mathias Vanwolleghem, Chargé de recherché CNRS, IEMN, Université de Lille – Co-directeur de thèse
•  Pr. Delphine Marris-Morini, Professeur des Universités, C2N, Université Paris Saclay – Examinatrice
• Dr. Marc Faucher, Chargé de recherché CNRS, IEMN, Université de Lille – Examinateur
• Dr. Benjamin Walter, Président Vmicro – Invité à la soutenance
• Pr. Bart Kuyken, Maître de conférences, Université de Gand – Invité à la soutenance

Résumé :

Ce travail de thèse présente un capteur de gaz photoacoustique aux fréquences THz utilisé pour surveiller les composés organiques volatils (COV) dans les emballages alimentaires. Ce capteur de gaz est fabriqué sur un guide d’onde THz à faible perte en silicium à haute résistivité (HR-Si). La conception, l’analyse modale et les pertes de propagation du guide d’onde Si suspendu sont discutées en détail. Des pertes très compétitives ne dépassant pas 0,6 dB/cm dans cette bande ont été mesurées. Trois résonateurs différents : photonique, acoustique et mécanique sont à l’origine de la conception des capteurs de gaz. Ils permettent d’amplifier le signal photoacoustique détecté et de réduire la limite de détection minimale du capteur de gaz. Des cavités cristaux photoniques (PhC) représentant le résonateur photonique THz sont créées au-dessus du guide d’onde Si. L’optimisation du design et les caractérisations expérimentales de plusieurs cavités PhC THz sont présentées dans ce travail. Cela a conduit à une cavité PhC à 640 GHz avec un facteur Q record de 18000. Un trou central de la cavité PhC se comporte comme un résonateur acoustique. Il est recouvert d’une membrane de silicium polycristallin (Poly-Si) sous contrainte qui correspond au résonateur mécanique. Une analyse analytique et des mesures de caractérisation expérimentales sont effectuées pour étudier ces résonateurs acoustomécaniques. La combinaison des réalisations ci-dessus nous a permis de démontrer la première détection photoacoustique THz de faibles concentrations (200 ppm) de molécules H2S sur une plateforme intégrable. Le H2S étant un indicateur crucial de la dégradation alimentaire, ce travail est donc un premier pas important vers une technologie de capteur compact, temps réel, à la fois pour des applications de contrôle de qualité alimentaire et des applications environnementales et biomédicales.