Actionneurs ultrasonores : application de nouveaux principes utilisant des ondes quasi-progressives a la realisation de micro-moteurs. etude de l'interaction avec des liquides

Ultrasonic actuators application of new principes using quasi-travelling waves to the realisation of micromotors interaction with liquids

• Auteur / Autrice : STEPHANE BIWERSI
• Direction : François Bastien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Besançon

Résumé

Nous avons presente des travaux relatifs a la conception, la realisation et la caracterisation de micro-moteurs ultrasonores rotatifs et lineaires utilisant un nouveau principe base sur la generation d'ondes progressives dans des structures carrees et rectangulaires. Un prototype d'actionneur lineaire avait ete realise au cours de la these de j. F. Manceau. Nous nous sommes d'abord attaches a ameliorer ce principe, a realiser d'autres prototypes et a caracteriser leurs performances, qui se sont averees prometteuses. Cette etude a egalement permis d'etudier un dispositif d'entrainement de papier dont les caracteristiques se sont revelees correctes. Une autre etape importante a consiste a montrer la possibilite de generer un mouvement rotatif dans une structure carree. Un nouveau prototype a permis de mettre en evidence une combinaison de modes conduisant a des performances honorables vis-a-vis de moteurs commerciaux. La necessite d'utiliser des modes plus complexes nous alors amenes a reflechir a une methode simple d'identification des ondes progressives dans des structures quelconques. Ainsi, une approche analytique utilisant le logiciel maple a ete presentee et illustree par divers exemples. Cette methode de conception a ete appliquee a la realisation de structures carrees de petites tailles usinees de maniere classique permettant d'obtenir a la fois un mouvement lineaire et carre. En particulier, un moteur complet adapte a un rotor de 5 mm de diametre, concu pour avoir une integration maximale, a ete presente et caracterise. Par la suite, nous avons aborde l'application de ces principes a la realisation de stators en silicium micro-usine. La necessite d'employer des couches piezo-electriques deposees a ete mise en avant. A cet effet, un premier essai a ete mene avec du pzt sol-gel. La necessite d'utiliser des epaisseurs plus importantes nous alors amenes a utiliser du pzt obtenu par pulverisation cathodique, avec des resultats encourageants. Enfin, nous avons mis en en evidence des proprietes interessantes concernant l'interaction des vibrations stationnaires d'un actionneur avec des liquides. Un procede de deplacement de gouttes d'eau a ete decrit, et la deformation de couches minces de liquide a ete rapportee puis analysee. L'influence de la pression de radiation acoustique a ete montree.