Étude et optimisation de capteurs d'oxyde d'azote (NO2) à base de couches sensibles de dioxyde d'étain (SnO2) pour des applications aux mesures de la qualité de l'air

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Book Synopsis Étude et optimisation de capteurs d'oxyde d'azote (NO2) à base de couches sensibles de dioxyde d'étain (SnO2) pour des applications aux mesures de la qualité de l'air by : Antonio Assaf

Download or read book Étude et optimisation de capteurs d'oxyde d'azote (NO2) à base de couches sensibles de dioxyde d'étain (SnO2) pour des applications aux mesures de la qualité de l'air written by Antonio Assaf and published by . This book was released on 2023 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le besoin en capteurs de gaz évolue avec le développement des applications dans les domaines de l'industrie et de l'automobile. Pour répondre à cette demande, les capteurs à base d'oxyde métallique présentent des avantages uniques comme leur faible coût, une grande sensibilité́ et une intégration facile dans un système portable miniaturisé. Cependant, ces capteurs souffrent d'un coût énergétique élevé du fait de leurs hautes températures de fonctionnement. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est d'optimiser les capteurs à base de dioxyde d'étain afin d'abaisser leur température de fonctionnement. Le gaz cible dans cette étude est le dioxyde d'azote (NO2). D'abord, nous avons optimisé la synthèse des films de SnO2 élaborés par pulvérisation à radiofréquence de manière à obtenir les caractéristiques morphologiques, stœchiométriques et électriques les plus adaptées à la détection de gaz. Aussi, nous avons également optimisé le dépôt de couches de palladium à la surface des films de SnO2 par évaporation servant de catalyseurs. Par la suite, nous avons simulé l'architecture du capteur (électrodes interdigitées + film sensible) à l'aide du logiciel SILVACO TCAD afin d'optimiser la géométrie du capteur. Des capteurs à base de SnO2 sans catalyseur ont ensuite été développés afin de sélectionner la géométrie optimale pour la détection du NO2. Le capteur retenu possède une température de fonctionnement optimale de 100°C pour la détection de NO2, avec une limite de détection de 250 ppb. Finalement, des capteurs à base de SnO2 dopé au palladium ont été conçus. Ces capteurs montrent une bonne sensibilité au NO2 à très basse température (50°C). Ce résultat est l'aboutissement du projet dont l'objectif à terme vise la réalisation de capteurs de gaz à base oxyde métallique à faible consommation d'énergie.

Nouvelle méthode d'élaboration par voie sol-gel des couches minces de dioxyde d'étain

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Book Synopsis Nouvelle méthode d'élaboration par voie sol-gel des couches minces de dioxyde d'étain by : Abdelhadi Gaddari

Download or read book Nouvelle méthode d'élaboration par voie sol-gel des couches minces de dioxyde d'étain written by Abdelhadi Gaddari and published by . This book was released on 2013 with total page 155 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les températures classiques de fonctionnement de la plupart des capteurs chimiques de gaz sont généralement supérieures à 300°C, ce qui ne représente pas les conditions favorables de leur fonctionnement en termes de stabilité, répétabilité et consommation énergétique. Pour ce, dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode d’élaboration par voie sol-gel des couches minces à base de dioxyde d’étain(SnO2) sensibles à la détection de l’ozone et de l’ammoniac à température ambiante et à l’état de traces. L’ajustement des paramètres expérimentaux relatifs à ce procédé (solvant, concentration du dispersant, température et temps de recuit,...) a permis d’optimiser les conditions de préparation des couches minces et par la suite de contrôler les caractéristiques chimiques et texturales des couches sensibles développées. Dans cette étude les précurseurs du SnO2 ont été préparés selon deux approches.[...]Les résultats de détection de gaz ont montré qu’à l’inverse des couches élaborées par voie aqueuse qui sont quasiment insensibles à l’ozone, le procédé sol-gel en milieu alcoolique a permis de développer des couches très sensibles à ce gaz à des teneurs de l’ordre de 60 ppb, inférieures au seuil limite autorisé qui est de 75 ppb. L’originalité de ce travail porte sur le fait que les couches développées permettent la détection de O3 à température ambiante, ce dont aucune étude antérieure ne faisait état à l’origine de ce travail. Pour l’ammoniac, les deux voies de synthèse ont permis d’élaborer avec succès des capteurs sensibles à ce gaz, à température ambiante. La concentration minimale détectée de l’ordre de 5 ppm est inférieure aux 16,7 ppm correspondant au niveau maximum autorisé pour la détection olfactive par l’humain. Les performances de détection des deux gaz cibles, à température ambiante, ont été améliorées par addition dans les sols d’étain de surfactant (TX-100). En effet, les réponses des couches déposées en présence de surfactant ont été multipliées par un facteur 1,5 pour l’ozone et de 2 pour l’ammoniac, comparées avec celles des capteurs SnO2 sans additif.[...]

Conception et réalisation d'un multicapteur de gaz intégré à base de plateformes chauffantes sur silicium et de couches sensibles à oxydes métalliques pour le côntrole de la qualité de l'air habitacle

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Book Synopsis Conception et réalisation d'un multicapteur de gaz intégré à base de plateformes chauffantes sur silicium et de couches sensibles à oxydes métalliques pour le côntrole de la qualité de l'air habitacle by : Nicolas Dufour

Download or read book Conception et réalisation d'un multicapteur de gaz intégré à base de plateformes chauffantes sur silicium et de couches sensibles à oxydes métalliques pour le côntrole de la qualité de l'air habitacle written by Nicolas Dufour and published by . This book was released on 2013 with total page 182 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: De nombreuses études récentes ont montré la présence de quantités élevées de polluants à l'intérieur de l'habitacle automobile. La solution proposée pour pallier ce problème est l'élaboration d'un capteur de gaz capable de détecter les polluants pénétrant à l'intérieur du véhicule, engendrant la fermeture des volets d'aération lors de l'observation d'un pic de pollution. Les micro-capteurs chimiques à oxydes métalliques sont les meilleurs candidats pour résoudre cette problématique : ils présentent une grande sensibilité à de nombreux gaz, des temps de réponse rapides, et leur coût de production est faible. Leur principal défaut est un manque de sélectivité. Les travaux de recherches effectués ont consisté à mettre au point un micro-dispositif intégrant un réseau multicapteur de gaz à détection conductimétrique : sur une même puce micro-usinée en silicium sont intégrées plusieurs couches sensibles différentes, visant à détecter sélectivement plusieurs gaz : le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde d'azote (NO2), l'ammoniac (NH3), l'acétaldéhyde (C2H4O) et le sulfure d'hydrogène (H2S). Pour se faire, trois axes d'études principaux se sont dégagés. La première partie de cette étude s'est portée sur la conception des micro-plateformes chauffantes à l'aide d'un outil de simulations numériques multiphysiques, pour optimiser, d'une part leur structure et leur géométrie afin d'atteindre les performances thermiques escomptées (optimisation du rendement thermoélectrique et minimisation d'interaction d'une cellule à l'autre), et d'autre part les performances thermomécaniques compte tenu de la possibilité d'utiliser un mode de fonctionnement des capteurs en transitoires thermiques rapides. Le modèle obtenu a été validé par comparaison à des mesures physiques. Celui-ci nous a permis d'améliorer le comportement thermique à la surface de la membrane et de réduire les coûts de fabrication en simplifiant le design. La fabrication en centrale technologique de la plateforme multicapteurs a ensuite été réalisée en tenant compte des améliorations proposées par la modélisation. Une étude spécifique sur l'intégration dans le procédé d'une technique industrielle des dépôts des matériaux sensibles par jet d'encre a été menée. Nous avons ainsi mis au point une méthode permettant de déposer rapidement et à bas coûts plusieurs couches sensibles (ZnO, CuO et SnO2) sur une même structure de détection. Enfin, nous avons procédé à l'élaboration d'un système décisionnel, comprenant deux éléments : la mise au point d'un profil optimisé de contrôle des résistances chauffantes et sensibles permettant d'améliorer la sensibilité, la sélectivité et la stabilité, et une analyse multivariée des données. Il a de ce fait été possible de détecter sélectivement la plupart des gaz ciblés (seuls et mélangés) à de faibles concentrations (0,2 ppm de NO2, 2 ppm de C2H4O, 5 ppm de NH3 et 100 ppm de CO).

Etude et optimisation de capteurs de gaz a base de dioxyde d'etain en conditions d'une ligne d'echappement automobile

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Book Synopsis Etude et optimisation de capteurs de gaz a base de dioxyde d'etain en conditions d'une ligne d'echappement automobile by : Arthur Valleron

Download or read book Etude et optimisation de capteurs de gaz a base de dioxyde d'etain en conditions d'une ligne d'echappement automobile written by Arthur Valleron and published by . This book was released on 2011 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette étude est dédiée à l'optimisation de capteurs chimiques de gaz de type résistifs à base de dioxyde d'étain (SnO2) pour l'application en ligne d'échappement automobile. Les capteurs sont élaborés par la technique de sérigraphie qui permet la production en masse de capteurs robustes sur substrat alumine. En vue de l'application automobile visée, les capteurs ont été optimisés par l'ajout d'une couche protectrice poreuse déposée sur l'élément sensible de SnO2. Le comportement de ces capteurs a été étudié en fonction de différents paramètres, comme la température et la vitesse des gaz, représentatifs de conditions d'échappement automobile. De plus, une modélisation « simple » de la réponse électrique des capteurs en fonction de la concentration d'un ou plusieurs gaz polluants cibles a été proposée.

Elaboration, étude et optimisation de capteurs de gaz à phtalocyanines pour la pollution atmosphérique

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Book Synopsis Elaboration, étude et optimisation de capteurs de gaz à phtalocyanines pour la pollution atmosphérique by : Jérôme Brunet

Download or read book Elaboration, étude et optimisation de capteurs de gaz à phtalocyanines pour la pollution atmosphérique written by Jérôme Brunet and published by . This book was released on 2003 with total page 195 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail est consacré à l'étude de capteurs de gaz à base de phtalocyanines, vis-à-vis des faibles concentrations en dioxyde d'azote (NO2) et ozone (O3). Les objectifs sont la conception et le développement de capteurs de gaz performants, pouvant évaluer ces deux espèces dans l'atmosphère. Le contexte scientifique de cette étude est tout d'abord présenté par une description de la pollution atmosphérique ainsi que sur sa métrologie. Les structures en cours de développement pour une telle application sont ensuite répertoriées ainsi que leurs performances actuelles. Les propriétés physico-chimiques et électroniques des matériaux sensibles mis en oeuvre lors de ces travaux, à savoir les phtalocyanines, sont particulièrement détaillées. Les processus physico-chimiques mis en jeu entre les gaz et ces matériaux sont également développés. Des mesures en laboratoire à températures et concentrations variables en NO2 et O3, proches de celles rencontrées dans une atmosphère urbaine, sont présentées. Elles permettent l'interprétation des interactions gaz/phtalocyanines, avec comme objectif l'optimisation des caractéristiques de détection. La validation de nos capteurs sur l'un des sites de mesure de la qualité de l'air du réseau AtMO AUVERGNE, confirme leur grande sensibilité et leur faible seuil de détection vis-à-vis des gaz oxydants mais aussi leur non-sélectivité et leur temps de réponse relativement important. Afin d'optimiser les caractéristiques métrologiques, une méthodologie de mesure consistant au réétalonnage périodique du capteur par nettoyage thermique sous air propre, est développée. La concentration en gaz est déduite de la cinétique de réponse du capteur. Un microsystème capteur autonome exploitant cette procédure a été éléboré. Les résultats obtenus en laboratoire et en conditions réelles, démontrent que notre microsystème capteur permet une évaluation fiable, sélective et en temps réel de la concentration d'ozone dans l'atmosphère

Développement d'un capteur chimique de polluants atmosphériques à transduction optique et à la base de matériaux nanoporeux

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Book Synopsis Développement d'un capteur chimique de polluants atmosphériques à transduction optique et à la base de matériaux nanoporeux by : Romain Dagnelie

Download or read book Développement d'un capteur chimique de polluants atmosphériques à transduction optique et à la base de matériaux nanoporeux written by Romain Dagnelie and published by . This book was released on 2009 with total page 184 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail de thèse à été effectué dans l’équipe « Capteur de polluants atmosphériques » dirigée par Thu-Hoa Tran-Thi, au sein du Laboratoire Francis Perrin (URA 2453, CEA/CNRS). L’équipe travaille sur la détection de polluants gazeux toxiques pour la qualité de l’air, la surveillance de l’exposition des travailleurs et pour la lutte contre le terrorisme chimique. Parmi les polluants présents dans l’air intérieur, nous nous sommes particulièrement intéressés aux COV et plus précisément à la famille des composés carbonylés. Les deux plus petites molécules de cette famille sont le formaldéhyde et l’acétaldéhyde. Ce sont des polluants ubiquistes de l’air intérieur, dont les concentrations moyennes retrouvées dans les logements français sont de l’ordre de 18 ppb et 7 ppb respectivement (1 ppb = 10-9 molécules par molécules d’air). Le formaldéhyde a été classé comme « cancérigène certain chez l’homme » en 2004 par le Centre international de Recherche sur le Cancer. La valeur de 18 ppb mesurée dans les logements est supérieure aux recommandations de l’Agence Française de Sécurité et de Surveillance de l’Environnement du travail qui est de 8 ppb pour une exposition chronique. Ainsi la détection et la quantification des concentrations en formaldéhyde dans les logements et les lieux publiques est un enjeu majeur de la politique de santé environnementale. Ill existe aujourd’hui une demande pour un capteur bon marché et simple d’utilisation permettant de mesurer en temps réel de faibles concentrations de formaldéhyde. La stratégie adoptée au LFP consiste à développer des capteurs chimiques innovants à partir de matériaux de silice poreuse. Le procédé sol-gel est utilisé afin de déposer des couches minces de silice (xérogels) de grande surface spécifique (400 - 600 m2.g-1), soit la surface d’un terrain de tennis, déposé sur un substrat transparent de 1cm2. Ceci permet le piégeage par adsorption d’un grand nombre de molécules de polluant. Le dopage des matrices par des réactifs organiques permet d’assurer la sélectivité des capteurs : le Fluoral-P est utilisé comme dopant pour la détection sélective du formaldéhyde, et l’hydralazine, non sélective, pour la détection des aldéhydes totaux. Dans le cas du formaldéhyde, le Fluoral-P réagit sélectivement pour former la Dihydro-Diacétyl-Lutidine (DDL), qui est un produit fluorescent. Un prototype de démonstration à été conçu et automatisé au laboratoire et mesure l’absorption et la fluorescence des couches sensibles en temps réel à l’aide d’un spectrophotomètre miniature. Lors de l’exposition d’une couche sensible à un flux de gaz à analyser la vitesse d’apparition de la fluorescence permet de quantifier en moins de cinq minutes la concentration en formaldéhyde avec une sensibilité inférieur à 0,4 ppb. L’étude de la réponse du capteur en fonction des paramètres critiques à été effectuée. La calibration du capteur à été réalisée en fonction de la concentration en polluant, de la température et de l’humidité relative. Il est ainsi possible d’effectuer des mesures avec un temps de réponse inférieur à 3 minutes dans une gamme d’humidité relative de 0 à 70 % et une gamme de concentrations de formaldéhyde de 0,4 à 160 ppb. L’utilisation d’un filtre desséchant permet d’élargir la gamme de mesures à 100% d’humidité relative. Un mode d’exposition pulsé du capteur à été développé et consiste à exposer plusieurs fois une même couche sensible à des périodes répétées de 3 minutes sous flux. Ce mode permet de réaliser 40 mesures par couche sensible, soit un suivi de la concentration en formaldéhyde en air réel sur 7 heures avec une fréquence de mesure de 10 minutes. Ces résultats ont été validés lors de différentes campagne d’intercomparaison, dont une menée en 2008 à l’Institut National de L’Environnement et des Risques Industriels. Nous avons ainsi démontré qu’il est possible de suivre les variations quotidiennes de la concentration en formaldéhyde en air réel. L’appareil peut mesurer des pics de pollution sur de faibles durées inférieures à 2 minutes et la possibilité de réaliser 40 mesures avec le même échantillon réduit considérablement le coût pour les utilisateurs. Par ailleurs, comparativement aux capteurs commerciaux utilisant des solutions réactives, l’utilisation d’échantillons solides facilite considérablement la manipulation du capteur. Nous avons également étudié plus en détail le rôle de l’interférent majeur qui est la vapeur d’eau. En effet, le Fluoral-P est une molécule sonde qui réagit avec l’eau et est hydrolysée au contact de l’humidité. Une ingénierie de matrices hydrophobes à donc été mise en place, avec la synthèse de xérogels de silice dopés de co-précurseurs hydrophobes (méthylés et fluorés). Nous avons montré que cette ingénierie permet de limiter la diffusion de l’eau dans les couches sensibles et augmente ainsi la durée de vie des capteurs passifs d’un facteur 30. Par ailleurs, nous avons montré que les propriétés du Fluoral-P en font une sonde efficace pour mesurer la perméation de la vapeur d’eau dans les matériaux poreux. Une nouvelle méthode de caractérisation de l’hydrophobie vis à vis de l’eau gazeuse a ainsi été élaborée, utilisant la mesure de la durée de demi-vie du Fluoral-P dans les matériaux mis sous atmosphère humide. Les résultats obtenus sur 5 échantillons sont cohérents et complémentaires avec les caractérisations classiques de l’hydrophobie à l’eau gazeuse (angle de contact et mesure thermogravimétrique). Il est apparu que des matériaux très hydrophobes peuvent être imperméables à l’eau liquide, mais demeurent perméable à l’eau gazeuse et notre méthode de caractérisation, utilisant l’hydrolyse du Fluoral-P, permet de quantifier cette perméabilité.

Capteurs de gaz oxydants à base de phosphure d'indium (InP) monocristallin. Application à l'évaluation de la pollution atmosphérique en milieu urbain

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Book Synopsis Capteurs de gaz oxydants à base de phosphure d'indium (InP) monocristallin. Application à l'évaluation de la pollution atmosphérique en milieu urbain by : Laurent Talazac

Download or read book Capteurs de gaz oxydants à base de phosphure d'indium (InP) monocristallin. Application à l'évaluation de la pollution atmosphérique en milieu urbain written by Laurent Talazac and published by . This book was released on 2000 with total page 149 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail traite de l'utilisation de capteurs chimiques à base d'InP pour détecter NO2 et O3. Une revue des techniques courantes utilisées pour la surveillance des polluants de l'air est d'abord présentée et leurs performances sont comparées avec celles obtenues pour des capteurs de gaz à semi-conducteurs. Les propriétés électriques des contacts Schottky sont ensuite décrites ainsi que leur utilisation comme capteurs de gaz. Une nouvelle application des pseudo-jonctions Schottky (diodes Schottky aux caractéristiques électriques améliorées) est finalement évoquée, conduisant à des performances de détection particulières (sensibilité élevée vis à vis d'espèces oxydantes/réductrices). Les résultats expérimentaux obtenus sur des capteurs de gaz de type résistif ou diode Schottky sont présentes, avec comme but ultime des applications de surveillance de la qualité de l'air en extérieur. Les deux dispositifs présentent des propriétés capteur similaires, conséquences de la nature de l'élément sensible (une fine couche d'InP de type n), et sont sensibles aux gaz fortement oxydants tels que le dioxyde d'azote ou l'ozone. L'influence de différents paramètres (température de travail, espèces interférentes, vieillissement) a été soigneusement analysée. Les conclusions tirées de cette étude montrent que les deux dispositifs peuvent être utilisés lors de campagnes de mesure de la qualité de l'air pour mesurer le niveau global des concentrations en O3 et NO2. La courbe de calibration déduite d'une modélisation simple des interactions NO2/InP (n) peut être exploitée pour discriminer l'influence de chaque gaz sur la résistance du capteur. D'autre part, les pseudo-Schottky réalisées sur les substrats d' InP de type p ont révélé des propriétés de détection intéressantes, plus particulièrement au niveau de la sensibilité, mais souffrent de problèmes de vieillissement limitant leurs performances à long terme.

Etude de la réponse de capteurs de gaz à base d'oxyde d'étain en présence d'oxydes d'azote (NOx). Modélisation des interactions NOx-SnO2

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Book Synopsis Etude de la réponse de capteurs de gaz à base d'oxyde d'étain en présence d'oxydes d'azote (NOx). Modélisation des interactions NOx-SnO2 by : Emmanuel Leblanc

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Application of Reconfigurable Architecture to the Design of Ultrasonic Sensorial Systems

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Book Synopsis Application of Reconfigurable Architecture to the Design of Ultrasonic Sensorial Systems by : Alvaro Hernandez Alonso

Download or read book Application of Reconfigurable Architecture to the Design of Ultrasonic Sensorial Systems written by Alvaro Hernandez Alonso and published by . This book was released on 2003 with total page 211 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette thèse propose un nouveau système sensoriel sonar, orienté vers une application dans la robotique mobile, lequel a été dessiné et optimisé pour accomplir quelques unes des restrictions qui normalement accompagnent ce genre de systèmes sensoriels.Pour cela, il a été utilisé un appareil sensoriel forme de quatre capteurs qui permettent d'obtenir une meilleure information de l'environnement dans un moindre temps d'exploration. Il est proposé une série d'algorithmes pour l'interprétation des mesures ultrasoniques, en réalisant une étude et un développement sur divers genres d'architectures de computation afin d'obtenir une aide en temps réel. Le système se base sur la détermination des temps de vol (TDV) ultrasoniques après chaque émission. Pour améliorer le système, les 4 capteurs sont synchronisés afin de faciliter la réception simultanée, ainsi que l'émission simultanée pour deux d'entre eux. L'émission simultanée développée consiste en une codification de l'émission, au moyen de l'assignation de deux séquences complémentaires Golay pour chacun d'émetteurs. Ces deux séquences présentent une auto-corrélation élevée, ce qui a permis d'obtenir un système doté d'une haute immunité au bruit et de précisions sous-millimétrique dans la mesure des distances ; ainsi qu'une corrélation croisée avec les les séquences de l'autre émetteur nulle, ce qui a évité l'existence d'interférences croisées entre les 2 capteurs en émettant simultanément. De même, l'emploi de ces séquences binaires a permis l'élimination de la zone aveugle proche du conducteur, limitation assez habituelle dans d'autres systèmes sensoriels ultrasoniques antérieurs. Tous les algorithmes proposés dans un bas niveau pour la détermination de TDVs ont été facilités sur différents types d'architectures de computation, en réalisant finalement une conception optimum en temps réel sur un système à configurer basé sur un dispositif logique programmable. A partir des TDVs déterminés, les algorithmes ont été conçus et développés pour le traitement du signal ultrasonique de haut niveau, dont l'objectif final est l'obtention d'un système capable de s'adapter aux changements qui se produisent dans l'environnement exploré. De cette façon, il a été défini un mode de fonctionnement à déterminer selon la distance à laquelle se trouvent les réflecteurs. L'environnement a été divisé en 3 zones, et il a été assigné à chacune une série d'algorithmes ; ceux-ci afin de freiner la qualité du signal ultrasonique au fur et à mesure que la distance détectée augmente, pour obtenir un système des prestations similaires dans n'importe quel point de l'espace exploré. Il a été réalisé une classification du type de réflecteur à partir de 3 modèles classiques : plat, saillant, et coin. Et, finalement, on obtient la construction d'une carte heuristique de l'environnement en essayant de récupérer toute l'information déduite des TDVs. L'analyse à haut niveau a été aussi établie sur une architecture de computation maintenant les restrictions de temps réel. Finalement, une architecture de computation générale a été définie, afin de pouvoir implanter tous les niveaux d'analyse du signal ultrasonique, ainsi que les divers algorithmes proposés dans ce travail. Cette architecture a été essayée dans différents environnements et sur un véhicule commercial CyCab, avec les résulats satisfaisants pour le fonctionnement du système dans l'exploration de l'environnement.

Etude d'un capteur de gaz sensible au monoxyde de carbone et aux oxydes d'azote élaboré à base d'alumine bêta

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Book Synopsis Etude d'un capteur de gaz sensible au monoxyde de carbone et aux oxydes d'azote élaboré à base d'alumine bêta by : Christophe Pupier

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