Capteur NO₂ avancé à base de carbone pour une surveillance de la qualité de l'air intérieur améliorée

Des scientifiques ont développé un capteur de dioxyde d'azote (NO₂) hautement sensible et précis, aux applications potentiellement vitales dans les environnements domestiques, publics et industriels. L'exposition prolongée au NO₂ — un polluant atmosphérique majeur provenant des moteurs à combustion et des processus industriels — peut causer des problèmes respiratoires, particulièrement graves et même mortels pour les bébés et les asthmatiques. Ce capteur gazeux pourrait fournir des relevés précis des niveaux de NO₂ dans l'environnement local via un dispositif Internet des objets abordable et portable, capable de se synchroniser avec smartphones et applications.

Défi : détection au niveau ppb en conditions réelles

La surveillance de la qualité de l'air pour prévenir l'exposition au NO₂ à des niveaux de parties par milliard (ppb) n'est actuellement possible qu'avec des équipements encombrants et coûteux, et est donc rarement mise en œuvre. L'objectif de ce travail était de créer un dispositif assez sensible et précis pour détecter moins de 20 ppb de NO₂ dans l'air, mais qui fonctionne aussi en situations réelles et soit assez pratique et abordable pour une utilisation généralisée.

Percée : aérogel de carbone déposé au laser

La percée est venue quand l'équipe a développé une couche de détection NO₂ basée sur un aérogel de carbone déposé au laser (LDCA), qui s'est révélé avoir une sélectivité exceptionnelle envers le NO₂ par rapport aux autres polluants atmosphériques courants, le rendant unique parmi les nanomatériaux carbonés. Grâce à un processus laser en une étape, évolutif et peu coûteux, le film mince, poreux et bien adhérent de LDCA est déposé sur des électrodes, qui peuvent ensuite être logées dans diverses structures de dispositifs pour une surveillance continue de l'air. Le capteur est si sensible qu'il peut détecter près de 10 ppb de NO₂ en moins de 15 minutes et, crucialement, fonctionne à température ambiante — performant même dans des conditions humides, environnement problématique pour beaucoup d'autres capteurs.

L'eau de surface comme alliée

Comme la condensation sur une vitre, les nanomatériaux comme le carbone utilisé ici ont presque toujours de l'eau de surface. Normalement, c'est un inconvénient car cela interfère avec la technologie, mais dans ce cas, l'équipe a réussi à utiliser cette couche d'eau à son avantage pour dissoudre sélectivement le NO₂ au lieu d'autres volatils normalement présents dans les conditions ambiantes.

Applications potentielles

Les applications potentielles incluent : dispositif de sécurité pour surveiller la qualité de l'air dans une chambre de bébé, aide pour choisir les meilleurs itinéraires et horaires de marche ou vélo afin d'éviter les pics de pollution, et même pour les agents immobiliers fournissant aux acheteurs potentiels des informations sur les niveaux de NO₂ dans une maison et son quartier.

Les données pourraient aussi alimenter une base de données nationale ou mondiale de surveillance de la pollution afin d'inciter des actions positives sur la qualité de l'air.