Marianne SAGNARD «Conception et développement de composants à ondes élastiques de surface….

Travaux de thèse : « Conception et développement de composants à ondes élastiques de surface, dédiés à la détection passive et sans fil de grandeurs physique et au filtrage radiofréquence»
Ce travail a été effectué sous convention CIFRE DGA en partenariat entre FEMTO-ST et l’entreprise Frec|n|sys.

Résumé :

Les travaux décrits dans cette thèse ont pour but de conduire à la réalisation de capteurs et de filtres à ondes élastiques de surface (SAW) innovants, passifs et sans fil, dédiés à une utilisation en environnement sévère. Différentes structures de composants SAW sont alors étudiées.

Les caractéristiques générales, telles que les pertes d’insertion ou les bandes passantes relatives atteignables, des structures usuelles (résonateurs, lignes à retard, LCRF, filtres en échelle...) sont connues des experts du domaine. Cependant, pour concevoir un dispositif SAW qui respecte les critères d’un cahier des charges donné, il est impératif de définir le comportement spécifique de chaque dispositif avant son envoi en production. Pour ce faire, des modèles numériques sont développés, qui incluent à la fois la possibilité d’analyser le comportement de systèmes à la géométrie complexe (filtres en échelles, transducteurs apodisés) et qui prennent en compte la présence de phénomènes perturbateurs (modes transverses, pertes liées à la nature des matériaux). La comparaison entre les calculs numériques et les mesures a mis en avant l’adéquation des résultats expérimentaux et de calculs.

La mise en place de ces outils permet le développement de capteurs et filtres SAW innovants grâce à une analyse numérique rapide et fiable de leur comportement. Ainsi, l’étude de résonateurs et capteurs dédiés à une utilisation à des températures excédant les 700°C est menée. Il est démontré qu’en dépit de son inhomogénéité, le Ba2TiSi2O8 est un matériau adapté à la réalisation de SAW soumis à des températures élevées pour des fréquences de l’ordre de 300 MHz jusqu’au GHz. Par ailleurs, une structure disposant d’un transducteur à trois doigts par longueur d’ondes est utilisée dans le but de réaliser des résonateurs insensibles aux effets de la directivité lorsque la température évolue. Cette même configuration a mis en exergue la possibilité de réaliser des capteurs n’utilisant qu’un seul résonateur (contre au moins deux jusqu’à présent). Ce dernier point permet de limiter l’encombrement des composants et résout la problématique du vieillissement différentiel des structures.

Un second type de capteurs, passifs et sans fil, fondés sur l’utilisation d’un seul SAW et dédiés à la mesure d’hygrométrie, a été étudié. Dans cette nouvelle configuration, un SAW de type LCRF est utilisé comme transpondeur et la zone sensible est externalisée. La sensibilité des modes (de plus d’un MHz) à la variation d’un élément capacitif ou d’une antenne dipôle a été mise en avant numériquement. En pratique, la fabrication des dispositifs a montré une variation différentielle de plusieurs dizaines de kHz des résonances selon la condition électrique appliquée à l’un des ports. Finalement, des filtres, dédiés aux applications stratégiques, agiles en fréquence sont réalisés.

Ces travaux mettent en lumière les capacités de prédiction du comportement des structures SAW grâce au développement de logiciels dédiés. De plus, l’étude et la réalisation de filtres et capteurs innovants ouvre la voie à de nouvelles fonctionnalités.

Les membres du Jury sont :

Victor Plessky, Professeur des Universités, GVR Trade SA, Rapporteur
Anne-Christine Hladky, Professeur des Universités, ISEN, Rapporteur
Yann Kersalé, Professeur, Université de Bourgogne Franche-Comté, Examinateur
Sami Hage Ali, Maître de conférences, Institut Jean Lamour, Examinateur
Alexandre Reinhardt, Ingénieur de Recherche, CEA Leti, Exminateur
Jean-Michel Friedt, Maître de conférences, Université de Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse
Thierry Laroche, frecn|n|sys, Co-directeur de thèse

Localisation : Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain, Temis Sciences, 15 avenue des Montboucons 25000 Besançon.