Étude de l’état de fissuration d’un résonateur de silice : du processus d’usinage à l’impact du stockage

Study of the cracking state of a silica resonator : from the machining process to the impact of storage

• Auteur / Autrice : Léna Chenais
• Direction : Pascal Etienne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Soutenance le 01/07/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Coulomb (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Papet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Néauport, Arnaud Le Priol, Bastien Henault
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gaëlle Delaizir, Jean-Pierre Guin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gyroscopes

Résonance

Verre de silice

Mots clés libres

Verre de Silice

Surface

Stabilté

Résonateur mécanique

Fissures

Silica glass

Surface

Stabilty

Mechanical resonator

Cracks

Résumé

Ce travail de thèse porte le résonateur mécanique en silice utilisé dans la conception de gyroscopes hautes performances. La silice est choisie pour sa propriété de très faible coefficient d’amortissement interne qui permet l'obtention de très forte surtension mécanique. Malgré l’utilisation d’un procédé industriel de fabrication adaptée à la réalisation des résonateurs dont les caractéristiques fonctionnelles sont conformes au besoin, il est observé, sur certaines pièces l'apparition, au fil du temps, d'une typologie particulière de défaut qui engendre une dégradation des propriétés des résonateurs. Ces défauts ne correspondent pas aux attendus issus des modèles théoriques/comportementaux vérifiés sur la majorité de la population des résonateurs produits. Il est donc nécessaire d'aller plus loin dans la compréhension des mécanismes sous-jacents et de leurs contributeurs, tels que contraintes résiduelles, atmosphère de stockage, temps de stockage… L’objectif de ce travail de thèse est donc de mieux appréhender l’état de la surface et de la sub-surface de la silice et son évolution dans le temps en fonction de la mise en forme de cette surface et des différents traitements qu’elle peut subir au cours de sa production et de son stockage. Pour cela le travail de thèse se base sur deux axes d’étude. Le premier porte plus particulièrement sur les défauts produits tout au long de la fabrication du résonateur, avec un prélèvement des résonateurs directement sur la ligne de production à différentes étapes. Le deuxième axe d’étude s’intéresse plus particulièrement à l’origine des défauts, inattendus, qui sont observés. Différentes hypothèses sont explorées pour les expliquer.

This Ph.D. work deals with the silica mechanical resonator used in the design of high-performance gyroscopes. The silica is chosen for its property of extremely low internal damping coefficient, which allows the obtaining of very strong mechanical overvoltage. Despite the use of an industrial manufacturing process adapted to the realization of resonators whose functional characteristics conform with the need, it is observed, on certain parts the appearance, with the wire of time, of a particular typology of defect, which generates a degradation of the properties of resonators. These defects do not correspond to the expectations of theoretical/behavioral models verified on most of the population of resonators produced. It is, therefore, necessary to go further in the understanding of the underlying mechanisms and their contributors, such as residual stresses, storage atmosphere, storage time... The objective of this thesis work is therefore to better understand the state of the surface and sub-surface of silica and its evolution in time depending on the shaping of this surface and the different treatments it may undergo during its production and storage. For this, the thesis work is based on two axes of study. The first one focuses on the defects produced during the manufacturing process of the resonator, with a sampling of the resonators directly on the production line at various stages. The second axis of study is more particularly interested in the origin of the defects, unexpected, which are observed. Different hypotheses are explored to explain them.