Thèse Etudes Théorique et Expérimentale d'Électrodes Graphène sur Sic Fonctionnalisées en Vue de la Détection de Micropolluants de Type Pfas. H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
Direction de la thèse : Christophe COILLOT ORCID 3694000336943951
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59

Les substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS), à base de liaison Carbon-Fluor, sont très largement utilisées dans les objets du quotidien du fait de leurs propriétés anti-adhésives et imperméabilisantes. Cependant des alertes sur les effets nocifs pour la santé humaine et l'eco-toxicité de ces substances persistantes, qualifiées de 'polluants éternels', ont conduit à leur interdiction dans de nombreux secteurs tandis que le coût de la dépollution semble hors de portée des économies. Il est donc urgent de surveiller la présence de ces molécules dans les différents compartiments de l'environnement : eau, air et sol.
L'objectif du projet de recherche est d'étudier théoriquement et expérimentalement le potentiel de la détection électrochimique reposant sur des électrodes graphène fonctionnalisées par un polymère à empreinte moléculaire pour la mesure de faibles concentrations de PFAS (de l'ordre du nM/L).
Une modélisation par éléments finis visera à décrire le comportement électrochimique d'électrodes fonctionnalisées. Celle-ci s'attachera à décrire l'interface entre le polymère à empreinte moléculaire et le graphène mais aussi les interactions entre un PFAS d'intérêt et la matrice poreuse du polymère à empreinte moléculaire. Il est envisagé de tirer parti de modélisations de dynamique moléculaire pour représenter ces interactions.
Sur le plan expérimental, il s'agira d'étudier (notamment par spectroscopie Raman, AFM et magnétotransport) les corrélations entre les conditions de croissance du graphène (mono ou multicouches, buffer layer, propriétés électroniques) sur substrat de carbure de silicium (SiC) et le comportement électrochimique d'électrodes fonctionnalisées.
L'articulation de la modélisation avec les caractérisations expérimentales des électrodes visera la prédiction et l'interprétation du comportement des électrodes selon différents modes de détection (voltammétrie cyclique et spectroscopie d'impédance) en vue de l'optimisation de leurs performances de détection. Des études des sources de bruit intrinsèques au capteur viseront à rapprocher la résolution des capteurs aux limites réglementaires prescrites par les autorités sanitaires.
Dans une perspective de soutenabilité, une analyse de cycle de vie des impacts environnementaux de la réalisation d'électrodes sera menée et des leviers d'action tels que la re-croissance du graphène sur un substrat recyclé seront étudiés électriquement et optiquement.

En 2024, une analyse toxicologique du sang de 11 responsables européens révélait qu'il contenait des substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS). Ces PFAS sont dits polluants éternels car leurs liaisons chimiques Carbone-Fluor extrêmement stables leur confèrent une résistance à la chaleur, aux acides, aux bases, à la photolyse, etc. Largement utilisés, ils sont constitutifs de nombreux produits de la vie courante : emballages, poêles, textiles, etc. et omniprésents dans l'air, l'eau et l'alimentation avec l'hypothèse d'une contamination des chaînes alimentaires à l'échelle mondiale. Ils sont pourtant peu connus du grand public alors que l'enjeu sanitaire et
environnemental est majeur.
Le projet de recherche propose d'étudier la possibilité de mesurer des traces de PFAS par détection électrochimique au moyen d'électrodes graphène sur SiC fonctionnalisées par un polymère à empreinte moléculaire (MIP).
Le sujet de recherche s'appuie sur des résultats obtenus sur graphène CVD dans la détection d'un herbicide interdit en raison de sa toxicité : l'isoproturon, obtenus dans le cadre du projet MIGRASENS. Le projet a révélé le potentiel du graphène CVD tout en mettant en exergue le besoin de modélisation dans le but d'accroître la sensibilité de ces capteurs afin d'atteindre les planchers de détection réglementaires.