Thèse de Lauréline SEURRE – Réalisation de prototypes pour microsystèmes incluant des micro-transducteurs à base de polymère conducteur pour des applications dans la santé.

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Réalisation de prototypes pour microsystèmes incluant des micro-transducteurs à base de polymère conducteur pour des applications dans la santé

Lauréline SEURRE

Soutenance : 24 juin 2021 à 12h00

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Jury :

• M. François Tran Van, Professeur des Universités, PCM2E, Université de Tours, en qualité de rapporteur ;

• Mme. France Le Bihan, Professeur des Universités IETR, Université de Rennes 1, en qualité de rapporteuse ;

• Mme. Gaëlle Lissorgues, Professeur, ESIEE-Paris, Noisy-le-Grand, en qualité d’examinatrice ;

• M. Lionel Buchaillot, Directeur de recherche CNRS, IEMN, Lille, en qualité d’examinateur ;

• M. Alexandre Khaldi, Maître de Conférences, IMT Atlantique, Brest, en qualité d’examinateur ;

• M. Eric Cattan, Professeur des Universités, UPHF/IEMN, Valenciennes, en qualité de directeur de thèse ;

• Mme. Caroline Soyer, Maître de Conférences, UPHF/IEMN, Valenciennes, en qualité de co-encadrante ;

• M. Cédric Plesse, Maître de Conférences HDR, LPPI, CY Cergy Paris Université, en qualité d’invité.

Abstract

Les polymères conducteurs électroniques (PCE) ont la capacité de se contracter et s’étendre de manière réversible en volume et/ou longueur en réponse à une stimulation extérieure, ce qui leur a valu le nom de « muscle artificiel ». Ces actionneurs peuvent également générer un signal électrique en réponse à une stimulation mécanique. Ils sont donc à la fois actionneurs et capteurs. Ces matériaux actifs représentent ainsi des candidats prometteurs pour le développement de systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) souples. Cette thèse consiste à développer et caractériser des micro-transducteurs à base de PCE pour la réalisation de microsystèmes sur supports souples. Pour répondre aux besoins de certaines applications, telle que la micro-robotique pour la saisie d’un objet par un micromanipulateur, des micro-actionneurs, avant intégration, ont été caractérisés en terme de déformation et de force par l’application d’une tension continue. L’étude de la dynamique d’actionnement fournit des résultats cruciaux pour améliorer la compréhension du matériau, et permettre de modéliser son fonctionnement afin de réaliser ensuite un contrôle des micro-transducteurs adéquat pour l’application visée. Les techniques de micro-fabrication, telles que la photolithographie et la gravure sèche, ont été adaptées afin de mettre en forme les actionneurs à l’échelle submillimétrique pour l’élaboration de démonstrateurs sur support souple, incluant les contacts électriques. Le procédé de micro-fabrication mis au point permet la mise en forme des micro-transducteurs dans des configurations complexes. Les deux démonstrateurs élaborés sont : un micro-capteur multicanaux et un micromanipulateur incluant trois doigts et un poignet, afin de disposer dans le futur d’un retour haptique. Les effets induits par chacune des étapes du procédé d’intégration sont observés. En effet, chaque étape de micro-fabrication peut avoir un impact sur les matériaux présents sur la plaquette de silicium. Cette étude est particulièrement intéressante pour déterminer les potentiels impacts sur les micro-transducteurs et de ce fait, sur leur capacité à assurer leur fonction d’actionneur et de capteur, qui est ensuite étudiée et comparée à celles des micro-transducteurs non intégrés.