Étude, conception et caractérisation de structures « MEMS » résonantes non linéaires pour la récupération d’énergie vibratoire et la génération d’ultrasons

Résumé

Le monde d’aujourd’hui est connecté, celui de demain le sera encore plus. Ces connections sont assurées par des objets connectés qui nous entourent, collectant et communiquant des données dont le volume ne cesse d’augmenter. C’est l’avènement de l’Internet des objets (IoT) qui demande et stimule le développement de nouveaux types de micro-systèmes électromécaniques (MEMS) : ces dispositifs remplissent les fonctions de capteurs, et permettent également d’alimenter en énergie ces réseaux de capteurs. Ce travail vise à contribuer à l’avancement des connaissances accumulées dans le domaine des MEMS, et s’intéresse en particulier aux MEMS résonants dédiés à la récupération d’énergie vibratoire et à la génération d’ultrasons. Pour ce faire, une revue de littérature est tout d’abord présentée. Celle-ci porte sur les dispositifs MEMS, leur fabrication et leurs applications. Suite à cette revue de littérature, la conception, fabrication et la caractérisation des structures de type "Squared daisy", un résonateur MEMS non-linéaire, sont présentées. Les principaux avantages de cette structure sont la présence de multiples modes de résonance, sa résistance aux variations de procédés de fabrication et sa réponse fréquentielle non-linéaire. L’influence de l’ancrage dans les structures de type "squared daisy" sur le type de non-linéarité qu’elles présentent est étudiée. Cette présentation est couplée à la démonstration d’une méthode de caractérisation des performances des résonateurs MEMS non-linéaires permettant de s’affranchir de leur phénomène d’hystéresis. Une méthode d’excitation des MEMS qui a été nommée "pulse shaping" est ensuite présentée. Cette méthode utilise les propriétés des transducteurs ultrasons micro-usinés (MUT) nonlinéaires, pour améliorer leurs performances. Il est à noter que cette méthode présente de nombreux avantages : elle permet d’augmenter le déplacement de la membrane, de contrôler la fréquence d’opération et le temps de décroissance des MUT. Ultimement, cette thèse présente l’étude, la conception et la caractérisation d’une structure MEMS résonante non-linéaire avec pour application la récupération d’énergie vibratoire. Ces dispositifs ont ensuite été utilisés afin de développer une méthode de caractérisation pour résonateurs non-linéaires, puis d’élaborer une technique permettant d’améliorer la génération d’ultrasons. Ces méthodes permettront sans doute le développement d’une multitude de nouvelles applications et contribueront ainsi à l’avancement des connaissances scientifiques touchant aux MEMS résonnants.

Date	11 avr. 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice))