Thèse soutenue

Développement de nouveaux matériaux polymères pour micro-capteurs de vibrations

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Auteur / Autrice : Achraf Kachroudi
Direction : Skandar Basrour
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nano electronique et nano technologies
Date : Soutenance le 14/12/2016
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Université de Tunis El-Manar. Faculté des Sciences de Tunis (Tunisie)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’informatique et de la microélectronique pour l’architecture des systèmes intégrés (Grenoble, Isère, France ; 1994-....)
Jury : Président / Présidente : Alain Sylvestre
Examinateurs / Examinatrices : Fathi Jomni, Mickaël Lallart
Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Defaÿ, Fehmi Najar

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Nous avons abordé dans le cadre de ce travail de thèse diverses problématiques fondamentales qui touchent tout d’abord à l’élaboration de nouveaux polymères à propriétés viscoélastiques contrôlées (exemple : variation du module de Young pour de basses fréquences) et ensuite aborder l’intégration de ces matériaux dans des capteurs ou actionneurs de petites dimensions. Les études amont abordées dans ce travail de thèse nous ont permis de constituer un socle solide de connaissances pour le développement de nouveaux dispositifs mettant en jeu par exemple des matrices de micro-actionneurs ou micro-capteurs sur des substrats souples en polymère. Ces aspects applicatifs sont développés dans le cadre de projets collaboratifs menés avec des partenaires académiques. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons conçu, fabriqué et caractérisé des matériaux polymères micro-structurés. Nous avons chargé ces matériaux micro-structurés pour obtenir des matériaux avec un comportement piézoélectrique. Ces matériaux sont caractérisés en piézoélectricité indirecte par la spectroscopie d’impédance pour étudier la stabilité thermique de la piézoélectricité dans ces structures. Nos matériaux ont montré une réponse piézoélectrique importante avec un coefficient piézoélectrique longitudinal de 350pC/N. La piézoélectricité est maintenue sur une large gamme de température allant de -25°C à 85°C. Des améliorations ont été réalisées en chargeant les structures à hautes températures comparées aux structures chargées à la température ambiante. Par la suite, Nous avons testé électro-mécaniquement ces structures, ces dernières ont montré des coefficients piézoélectriques importants dans la gamme de fréquence de 1Hz à 100Hz pouvant ainsi couvrir toutes les fréquences de résonance des vibrations existant dans notre vie quotidienne. Des études ont été menées pour les caractérisations diélectriques par la spectroscopie d’impédance des structures non-chargées. De plus des caractérisations des polymères viscoélastiques par DMA (Dynamic Mechanical Analyzer) afin d’obtenir le comportement fréquentiel de leur module de Young. Les résultats expérimentaux sont analysés en lien avec les propriétés structurales des matériaux. Un prototype a été réalisé afin d’étudier la faisabilité d’un accéléromètre ou un récupérateur d’énergie avec les matériaux ainsi obtenus.