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Fiche descriptive
Développement et caractérisations de fibres piézoélectriques à âme métallique pour applications aéronautiques (Document en Français)
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Modalités de diffusion de la thèse :
Modalités de diffusion de la thèse :
Auteur : Dolay Aurélien
Date de soutenance : 17-12-2013
Directeur(s) de thèse : Courtois Christian
Président du jury : Leriche Anne
Membres du jury : Courtois Christian
- Berton Benoît
- D'Astorg Sophie
- Lefebvre Laurent
- Levasseur Bénédicte
- Petitniot Jean-Luc
- Rguiti Mohamed
- Saussereau Gérard
- Benkhouja Khalil
- Nogarede Bertrand
- Zoppitelli Elio
Rapporteurs : Benkhouja Khalil
- Nogarede Bertrand
Laboratoire : Laboratoire des Matériaux Céramiques et Procédés Associés - LMCPA - Département aéroélasticité et dynamique des structures - ONERA
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Dolay, Aurélien
Nom
Dolay
Prénom
Aurélien
Nationalité
Français
Date de soutenance : 17-12-2013
Directeur(s) de thèse : Courtois Christian
Courtois, Christian
Nom
Courtois
Prénom
Christian
Président du jury : Leriche Anne
Leriche, Anne
Nom
Leriche
Prénom
Anne
Membres du jury : Courtois Christian
Courtois, Christian
Nom
Courtois
Prénom
Christian
Berton, Benoît
Nom
Berton
Prénom
Benoît
D'Astorg, Sophie
Nom
D'Astorg
Prénom
Sophie
Lefebvre, Laurent
Nom
Lefebvre
Prénom
Laurent
Levasseur, Bénédicte
Nom
Levasseur
Prénom
Bénédicte
Petitniot, Jean-Luc
Nom
Petitniot
Prénom
Jean-Luc
Rguiti, Mohamed
Nom
Rguiti
Prénom
Mohamed
Saussereau, Gérard
Nom
Saussereau
Prénom
Gérard
Benkhouja, Khalil
Nom
Benkhouja
Prénom
Khalil
Nogarede, Bertrand
Nom
Nogarede
Prénom
Bertrand
Zoppitelli, Elio
Nom
Zoppitelli
Prénom
Elio
Rapporteurs : Benkhouja Khalil
Benkhouja, Khalil
Nom
Benkhouja
Prénom
Khalil
Nogarede, Bertrand
Nom
Nogarede
Prénom
Bertrand
Laboratoire : Laboratoire des Matériaux Céramiques et Procédés Associés - LMCPA - Département aéroélasticité et dynamique des structures - ONERA
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Discipline : Mécanique. Énergétique, matériaux
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés : PZTFibresPiézoélectricitéMEFActionneurCapteurEnductionMulticoucheFrittageFrittage LaserFrittage micro-ondesAdditifs de frittage.
Céramiques piézoélectriques -- Thèses et écrits académiquesFrittage (métallurgie) -- Thèses et écrits académiquesÉléments finis, Méthode des -- Thèses et écrits académiquesCristaux ferroélectriques -- Thèses et écrits académiquesTitanozirconate de plomb -- Thèses et écrits académiques
Résumé : Pour les applications aéronautiques, les fibres en céramique piézoélectrique à âme métallique permettent d'imaginer des solutions pour avoir des dispositifs actifs et des capteurs complétement intégrés dans des structures, telles que les composites renforcés par des fibres. La démarche de cette étude est d'élaborer et de caractériser de telles fibres qui présentent de nombreux avantages : l'activation en mode radial permet d'utiliser de faibles tensions de commandes, l'utilisation d'un cœur et d'une matrice conducteurs permet de s'affranchir du dépôt d'électrodes et de garantir leur continuité, la présence d'un coeur métallique améliore la résistance mécanique de la fibre, l'utilisation sous forme de fibres fines et longues permet de l'intégrer à des profils de formes complexes sur de grandes longueurs. Dans un premier temps, le procédé d'enduction est utilisé pour la réalisation de ces fibres en déposant des particules céramiques à base de titano-zirconate de plomb (PZT) sur des fils de platine. Le développement et l'optimisation d'un procédé multicouche permet de réaliser des fibres avec des épaisseurs parfaitement contrôlées pour obtenir les capacités de déformations optimales en alternant des cycles dépôt/traitement thermique avant une opération de frittage finale. La caractérisation d'échantillons massifs traités dans les mêmes conditions permet de s'assurer des propriétés piézoélectriques atteintes pendant les différents traitements thermiques. Les caractérisations électromécaniques réalisées sur les fibres permettent de vérifier le comportement en tant qu'actionneur et que capteur, bien qu'il s'avère difficile de remonter aux caractéristiques intrinsèques des fibres. Dans un second temps, une réflexion est menée sur les moyens à mettre en oeuvre pour envisager un développement à grande échelle de ce type de fibre. Dans ce sens, des expérimentations sur la mise en place du procédé continu de coextrusion avec un polymère chargé sont menées, de même que sur la réduction de la température de frittage à l'aide d'additifs pour substituer les fils en platine, mais aussi sur la réduction du temps de frittage à l'aide de techniques non conventionnelles comme le frittage laser et le frittage micro-ondes. Ces investigations ouvrent des pistes sérieuses pour imaginer une production continue de fibres piézoélectriques à âme métallique. Enfin, des travaux de modélisation par éléments finis du comportement de ces fibres, intégrées ou non dans une structure, permettent de mettre en évidence l'influence du dimensionnement des fibres sur les déformations résultantes, en fonction notamment de l'épaisseur du matériau actif déposée et des propriétés élastiques des différents éléments. Différentes configurations sont imaginées pour utiliser ces fibres dans des structures en tant qu'actionneur et capteur.
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés : PZTFibresPiézoélectricitéMEFActionneurCapteurEnductionMulticoucheFrittageFrittage LaserFrittage micro-ondesAdditifs de frittage.
Céramiques piézoélectriques -- Thèses et écrits académiquesFrittage (métallurgie) -- Thèses et écrits académiquesÉléments finis, Méthode des -- Thèses et écrits académiquesCristaux ferroélectriques -- Thèses et écrits académiquesTitanozirconate de plomb -- Thèses et écrits académiques
Résumé : Pour les applications aéronautiques, les fibres en céramique piézoélectrique à âme métallique permettent d'imaginer des solutions pour avoir des dispositifs actifs et des capteurs complétement intégrés dans des structures, telles que les composites renforcés par des fibres. La démarche de cette étude est d'élaborer et de caractériser de telles fibres qui présentent de nombreux avantages : l'activation en mode radial permet d'utiliser de faibles tensions de commandes, l'utilisation d'un cœur et d'une matrice conducteurs permet de s'affranchir du dépôt d'électrodes et de garantir leur continuité, la présence d'un coeur métallique améliore la résistance mécanique de la fibre, l'utilisation sous forme de fibres fines et longues permet de l'intégrer à des profils de formes complexes sur de grandes longueurs. Dans un premier temps, le procédé d'enduction est utilisé pour la réalisation de ces fibres en déposant des particules céramiques à base de titano-zirconate de plomb (PZT) sur des fils de platine. Le développement et l'optimisation d'un procédé multicouche permet de réaliser des fibres avec des épaisseurs parfaitement contrôlées pour obtenir les capacités de déformations optimales en alternant des cycles dépôt/traitement thermique avant une opération de frittage finale. La caractérisation d'échantillons massifs traités dans les mêmes conditions permet de s'assurer des propriétés piézoélectriques atteintes pendant les différents traitements thermiques. Les caractérisations électromécaniques réalisées sur les fibres permettent de vérifier le comportement en tant qu'actionneur et que capteur, bien qu'il s'avère difficile de remonter aux caractéristiques intrinsèques des fibres. Dans un second temps, une réflexion est menée sur les moyens à mettre en oeuvre pour envisager un développement à grande échelle de ce type de fibre. Dans ce sens, des expérimentations sur la mise en place du procédé continu de coextrusion avec un polymère chargé sont menées, de même que sur la réduction de la température de frittage à l'aide d'additifs pour substituer les fils en platine, mais aussi sur la réduction du temps de frittage à l'aide de techniques non conventionnelles comme le frittage laser et le frittage micro-ondes. Ces investigations ouvrent des pistes sérieuses pour imaginer une production continue de fibres piézoélectriques à âme métallique. Enfin, des travaux de modélisation par éléments finis du comportement de ces fibres, intégrées ou non dans une structure, permettent de mettre en évidence l'influence du dimensionnement des fibres sur les déformations résultantes, en fonction notamment de l'épaisseur du matériau actif déposée et des propriétés élastiques des différents éléments. Différentes configurations sont imaginées pour utiliser ces fibres dans des structures en tant qu'actionneur et capteur.
Type de contenu : Texte
Format : PDF
Format : PDF
Identifiant : uvhc-ori-oai-wf-1-1365
Type de ressource : Thèse
Type de ressource : Thèse