Academic literature on the topic 'Piézoélectricité'

Le mémoire est consacré à divers aspects de la modélisation de plaques : contrôlabilité frontière de structures bidimensionnelles et construction de modèles de plaques piézoélectriques, en relation avec des situations technologiques d'actualité, puis étude de singularités. Dans le premier chapitre on obtient un résultat de contrôlabilité exacte frontière pour une plaque élastique bidimensionnelle. On résout d'abord le problème de contrôlabilité exacte pour une plaque tridimensionnelle d'épaisseur h en controlant uniquement l'intérieur et la frontière latérale de la plaque ; le choix effectué des contrôles tridimensionnels permet de faire disparaitre les contrôles intérieurs lorsque h tend vers 0. On étudie, dans les chapitres 2, 3 et 4, le comportement d'une plaque piézoélectrique lorsque son épaisseur tend vers 0, notamment, dans le cas complet ou la contribution magnétique dans les équations de Maxwell n'est pas négligeable. Ainsi, d'une part, on justifie les modèles qui supposent que dans une plaque mince le potentiel électrique peut être assimilé à un polynome du second degré en la coordonnée d'espace suivant l'épaisseur. Et, d'autre part, on explique pourquoi dans les modèles bidimensionnels les équations d'équilibre mécanique, ou les équations d'évolution, sont liées au potentiel électrique uniquement par la différence de potentiel entre les deux faces horizontales. De plus, on exhibe de manière précise la contribution des termes piézoélectriques dans l'opérateur de flexion. Le chapitre 5 est consacré au calcul de coefficients de singularité sur un ouvert bidimensionnel polygonal non convexe.

L'objet de l'étude est double. Dans un premier temps, on s'intéresse
à la classification des symétries du phénomène de couplage piézoélectrique
linéaire; on se focalise ensuite sur la dérivation de modèles de plaques,
toujours dans le cadre de la piézoélectricité linéarisée. On obtient ainsi
des résultats qui permettent de présenter des propriétés de solides
piézoélectriques relatives au matériau, à la structure ainsi qu'à leurs
interactions.

Les trois premiers Chapitres concernent les symétries. On rappelle d'abord
que ces dernières peuvent être de différentes natures. Ensuite, les outils
qui permettent de les appréhender et de les lier entre elles sont présentées.
Les divers outils utilisés conduisent alors au principal résultat de la
première partie : la classification des symétries du phénomène de couplage
piézoélectrique linéaire en quinze familles distinctes.

Dans les deux derniers Chapitres, on obtient des modèles de plaques
linéairement piézoélectriques à l'aide d'une méthode mathématique rigoureuse
consistant à étudier le comportement d'un solide tridimensionnel lorsque son
épaisseur, vue comme un paramètre, tend vers zéro. Dans le cas statique, il
apparaît deux modèles différents. Ils dépendent en fait du type de chargement
électrique et sont reliés aux cas pour lesquels les plaques piézoélectriques
sont utilisés comme capteurs ou comme actionneurs. Les cinématiques limites
sont précisées et les deux lois de comportement sont explicitement fournies
pour tous les types de matériau constitutif. Dans le cas dynamique, on montre
que c'est l'ordre de grandeur du rapport entre l'épaisseur et la densité de
la plaque qui joue un rôle déterminant.

Le principal axe de recherche de cette étude concerne le développement et la caractérisation de moteurs ultrasonores à onde quasi-progressive. Le principe de ces moteurs consiste en l'exploitation de modes de vibration dans des structures carrées à bords encastrés, et permet d'obtenir des mouvements rotatifs ou linéaires. La miniaturisation des moteurs rotatifs reposant sur ce principe a nécessité divers travaux : l'étude de couches épaisses de matériau piézoélectrique nous a permis de choisir les plus adaptées pour l'actionnement de micromoteurs, l'étude de la connectique et de l'encapsulation a conduit à la réalisation de prototypes fonctionnels proche des applications. Ces micromoteurs, utilisant des matériaux piézoélectriques massifs ou déposés, et des stators en métal, céramique ou silicium, ont la particularité de présenter une faible épaisseur. Des recherches complémentaires ont été menées sur des céramiques électrostrictives, afin de réaliser le contrôle actif de vibrations. . .

L'intégration de matériaux actifs à une structure initialement inerte pour la rendre "intelligente" constitue un aspect attractif de l'utilisation des matériaux du type céramique piézoélectrique de zirconate titanate de plomb (PZT). La détérioration des caractéristiques ferroélectriques et piézoélectriques résultant du procédé de fabrication suscite l'intérêt pour la présente étude qui concerne la caractérisation électromécanique de couches épaisses sérigraphiées sur substrat d'alumine. Deux nuances de PZT sont testées, une céramique douce et une céramique dûre. Les essais mécaniques mis en oeuvre sont de trois types. Le premier est un essai de flexion quasi-statique, le second un essai de flexion dynamique et le troisième un essai de nanoindentation. L'ensemble de ces essais permet de proposer une valeur de module d'Young de 52 +- 8GPa pour la céramique douce et de 20 +- 7GPa pour la céramique dûre. . .

Le besoin d'actionneurs et de moteurs miniaturisés est ressenti depuis longtemps du fait de la miniaturisation croissante des produits (montres, appareils photographiques, ordinateurs, ) ; il a conduit plusieurs laboratoires à s'investir dans la recherche de dispositifs répondant à ce besoin. Divers micromoteurs ont ainsi été développés que l'on classe habituellement en micromoteurs rotatifs et micromoteurs linéaires. Cette thèse porte sur l'analyse et la commande d'un translateur piézo-électrique, un micromoteur ultrasonore linéaire à trois degrés de liberté X, Y et Q, de dimensions 64 x 38 x 3 mm3. Les déplacements de ce dernier résultent du contact intermittent (sauts suivis de contacts et de glissements) entre quatre pieds mus par des ondes stationnaires de volume et le plan de travail. L'étude porte sur le comportement en basse tension et en environnement non contraint. Une analyse statique et dynamique en fonction des paramètres habituels des moteurs piézo-électriques à interaction de contact (fréquence et amplitude de la tension d'alimentation, charge supportée) pour tous les déplacements élémentaires a mis en évidence le comportement non linéaire du système et montré le couplage entre ses différents déplacements. Elle a également permis de confirmer les grandes potentialités du système en matière de transport et positionnement : charges de plus de 500 g, pas de l'ordre du micromètre, vitesse de 20 mm/s, course illimitée. Ensuite, une commande en pas à pas, en boucle fermée de position de type static-look-and-move a été développée. Elle permet un positionnement à deux niveaux de résolution : positionnement grossier loin de la cible (pas inférieur à 20 æm) et fin proche de celle-ci (pas inférieur à 5 æm). L'implantation de cette commande a permis l'obtention de déplacements rectilignes longitudinal et transversal avec une erreur de positionnement d'environ 2. 5 æm, limitée par la résolution de localisation par vision. Enfin, sont présentées les réalisations de microrobots mobiles holonomes planaires motorisés par un translateur, et en partie utilisés pour le transport et le positionnement de composants miniaturisés dans une microcellule de production manufacturière
There was a need of miniaturized actuators and motors for a long time according to the increasing miniaturization of products (watches, cameras, computers). This led a lot of laboratories to put effort in the research of devices answering to this need. Various micromotors were developed and they were classified in rotary micromotors and linear micromotors. This thesis deals with the analysis and the control of a piezoelectric sliding system, an ultrasonic linear micromotor measuring 64 x 38 x 3 mm3. It has three degrees of freedom X, Y and q. The Displacements result from intermittent contacts (jumps followed by contacts and slips) between four feet (propelled by standing waves) and the frame. The study deals with the behavior under low voltage and in environment that is not constrained. A static and dynamic analysis according to usual parameters of standing waves ultrasonic motors (frequency and amplitude of the voltage, carried load) for all elementary displacements showed the nonlinear behavior of the system and the coupling between its different displacements. It also allowed to confirm the great potentialities of the system concerning the transport and the positioning : loads of about 500 g, micrometer resolution step, speed of 20 mm/s, unlimited stroke. Then, a static look-and-move closed loop control was developed, where the motor was controled step-by-step. It allowed a positioning of two levels of resolution : coarse positioning far from the target (step lower than 20 æm) and fine positioning near the target (step lower than 5 æm). The programming of this control low allowed to obtain straight longitudinal and transverse displacements with a positioning error about 2. 5 æm (limited by the resolution of localization method). Finally, some realizations of holonomic mobile and planar microrobots motorized by the sytem were presented. They were used for the transport and the positioning of miniaturized components in a microassembly workcell

Le travail traite de l'élaboration par sérigraphie de couches épaisses de ferroélectriques de quelques dizaines de microns d'épaisseur, et de leur caractérisation diélectrique et piézoélectrique, pour des applications dans les microsystèmes. L'emploi de substrats autres que l'alumine a nécéssité des modifications du procédé, notamment en ce qui concerne la recherche d'éléctrodes et de couches barrières adaptées, et l'abaissement du budget thermique par l'ajout d'aides au frittage. Ainsi sont réalisés des films de titanates de plomb sur vitrocéramiques et aciers inoxydables, avec des propriétés proches de celles des matériaux massifs, et des films PZT 52/48 sur silicium avec de bons coefficients d33(150pC/N) et Kt(0. 45), ce dernier étant estimé à l'aide des équations des modéles à ondes planes. Des différences, entre les films épais et les céramiques massives, et entre les divers types de matériaux, sont mises en évidence et discutées
The work deals with the processing by screen-printing of ferroelectric thick films with thicknesses around tens microns, and their dielectric and piezoelectric characterization. These thick films can be used for microsystems applications. The use of other substrates instead of alumina needs to modify the process: convenient electrode and barrier layers must be found, and the sintering temperatures must be lowered by the addition of sintering aids. As a consequence lead titanate fims are made on glassceramics and stainless steels, with properties close to the bulk ceramic ones and PZT 52/48 films on silicon with good d33 (150 pC/N) and kt (0. 45) coefficients. Kt is estimated with the help of plane wave models equations. Some differences between the thick films and the bulk ceramics, and between different types of materials, are shown off and discussed

Ce travail destine à prendre en compte le phénomène de la piézoélectricité dans les problèmes de justifications des modèles de plaques, par les méthodes des développements asymptotiques, nous a permis: d'étudier la qualité de l'approximation de la solution tridimensionnelle de la piézoélectricité par un modèle de plaque ; d'analyser la convergence de cette solution vers le premier terme du développement asymptotique, y compris en l'absence de régularité ; de définir des conditions aux limites permettant d'absorber l'effet de bord mis en évidence dans les travaux de maugin (1) ; de construire des modèles de plaques multicouches ; de faire une généralisation a la piézoélectricité de l'intégrale de rice ; d'examiner le phénomène de propagation de fissures ; et pour finir, d'amorcer l'analyse de la couche limite observée.

Etude de la microstructure polyfluorure de vinylidene (pvf::(2)) en phase beta orientee par diffusion rx centrale. L'organisation, la forme et les dimensions des cristallites sont caracterisees. Analyse de la transition ferro-para electrique du copolymere p(vf::(2)-f::(3)e). Mise en evidence du desordre dynamique de la phase paraelectrique qui induit une reorganisation de la microstructure du polymere oriente par laminage