Thèse soutenue

Contribution au développement des capteurs de pression basés sur des dispositifs à onde acoustique de surface (SAW) pour des environnements sévères (hautes températures)
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Auteur / Autrice : Hassan Alhousseini
Direction : Marc DuquennoyChristian CourtoisMohammadi Ouaftouh
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Acoustique
Date : Soutenance le 01/12/2021
Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Laboratoire de matériaux céramiques et de mathématiques (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
Jury : Président / Présidente : Florence Anne Razan
Examinateurs / Examinatrices : Marc Duquennoy, Christian Courtois, Mohammadi Ouaftouh, Florence Anne Razan, Mounsif Ech-Cherif El Kettani, Maurice François Gonon, Nicolay Smagin
Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Anne Razan, Mounsif Ech-Cherif El Kettani

Résumé

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Depuis de nombreuses années, les ondes acoustiques de surface (SAW) sont utilisées dans les composants électroniques pour des applications industrielles (filtrage, traitement du signal) et pour la réalisation des capteurs. En raison de systèmes électroniques embarqués et de la possibilité de communication sans fil, cette technologie peut offrir une excellente solution pour la détection dans des environnements sévères tels que la haute pression, la température et l'humidité. Dans le cas des bétons réfractaires, l'optimisation des cycles de séchage a en effet un impact économique significatif (réduction du temps d'arrêt des lignes de fabrication, coût énergétique) tout en les rendant plus efficaces et en limitant les risques de dommages structurels. Les capteurs actuellement sur le marché sont trop restrictifs sur les conditions d'utilisation (plage de température, pression, environnement) et ne répondent donc pas entièrement aux besoins des industriels du secteur du béton réfractaire. L'objectif de cette thèse est donc de combler ces lacunes en proposant des capteurs de pression à base de SAW capables de fonctionner à des températures beaucoup plus élevées (environ 500°C), dans des plages de mesure de pression plus larges et dans un environnement compatible avec celui des bétons réfractaires. Le développement de ces types de capteurs SAW consiste à choisir les matériaux piézoélectriques compatibles, la configuration optimale de l'IDT (Inter Digital Transducer) et la géométrie adéquate pouvant résister à ces conditions difficiles. Le niobate de lithium a été choisi comme le substrat piézoélectrique de base pour réaliser des études de modélisation et l’optimisation des configurations d’IDT et fabriquer les premiers prototypes de capteur de pression à basse température. Des outils de modélisation électroacoustique ont été employés tels que le modèle de la réponse impulsionnelle et la théorie de couplage des modes (COM) pour étudier et optimiser la réponse électrique des LAR (ligne à retard) et des résonateurs SAW dans le but de les intégrer dans une chaîne de mesure. Plusieurs prototypes de capteur de pression à base de niobate de lithium ont pu être testés. Ces derniers nous ont permis de valider la sensibilité des ondes acoustique de surface vis-àvis de la pression. Les sensibilités obtenues pour ces capteurs ont été comprises entre 5 et 8 kHz/bar. En collaboration avec des partenaires du projet CUBISM, d’autres prototypes du capteur de pression à base vitrocéramique de fresnoite ont été testés et ont montré un potentiel fort intéressant pour les applications à haute température.