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RÉSUMÉ
Les microsystèmes sont des dispositifs multifonctionnels miniaturisés intelligents, qui combinent des éléments mécaniques, optiques, électromagnétiques, thermiques ou fluidiques, avec une électronique embarquée. Ils peuvent assurer des fonctions de capteurs en identifiant des paramètres physiques de leur environnement (pression, accélération, température, etc.) ou des fonctions d’actionneurs qui agissent sur cet environnement.
L’article traite des microsystèmes, depuis les définitions essentielles jusqu’aux principales applications, en décrivant successivement les grandes familles de dispositifs avec leur mise en œuvre pratique.
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Gaëlle LISSORGUES : Professeur ESIEE Paris - Laboratoire ESYCOM, université Gustave Eiffel (Noisy-Champs, France)
INTRODUCTION
Les microsystèmes, nés vers la fin des années 1980 et commercialisés à partir des années 1990-2000, connaissent toujours un intérêt important dans l’industrie, en particulier grâce aux dimensions réduites associées à des fonctionnalités de mesure innovantes. En effet, il s’agit d’intégrer sur une même puce de silicium des micro-capteurs ou actionneurs et de l’électronique de traitement embarqué. Les perspectives d’intégration et de fabrication collective issues de la microélectronique ont ouvert des possibilités de développement à la fois dans le monde industriel et dans celui du consommateur avec l’essor rapide de l’internet des objets.
Ces dispositifs sont dénommés MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) aux États-Unis, micromachines au Japon et MST (MicroSystems Technologies) en Europe, ou plus simplement microsystèmes en France. Les premiers produits commercialisés ont été les accéléromètres des airbags de voiture, les têtes d’impression à jet d’encre des imprimantes, les micromiroirs des vidéoprojecteurs puis sont arrivés les microcommutateurs et les filtres accordables pour les télécoms ou les puces microfluidiques pour l’environnement et la santé.
L’article commence par des définitions essentielles, autour de la conception d’un microsystème, avec un résumé des technologies de fabrication disponibles. Il présente ensuite les principales familles de microsystèmes (inertiels, radiofréquences, optiques, biologiques) associées aux applications industrielles (automobile, aéronautique, robotique…), ainsi que les déclinaisons plus récentes en environnement et en santé. Il termine par quelques perspectives d’évolution du domaine des MEMS.
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- Version archivée 1 de févr. 2005 par Sylvain PAINEAU, Philippe ANDREUCCI, Catherine SCHAFFNIT, Stéphane MAGATON
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2. Capteurs et actionneurs
2.1 Principes physiques gouvernant les microsystèmes
Les microsystèmes de type MEMS peuvent être classés selon leur principe physique de transduction, c’est-à-dire selon les phénomènes qui permettent de convertir une grandeur à mesurer en une grandeur électrique exploitable par un système électronique intégré associé [R 430] .
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Les phénomènes les plus exploités sont :
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l’actionnement électrostatique ([E 5 160] et figure 5), qui utilise la force électrostatique de Coulomb pour déplacer des structures mécaniques ;
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l’actionnement thermique qui exploite la dilatation thermique de matériaux pour générer un mouvement ;
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l’actionnement électromagnétique, qui se sert des champs magnétiques pour déplacer de petites structures magnétiques (micro-aimants, microbobines en couches minces) ;
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l’actionnement piézoélectrique qui convertit un signal électrique en une déformation mécanique selon l’effet piézoélectrique inverse ...
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Capteurs et actionneurs
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FORTIER (P.J.), VIALL (B.), FULTON (T.), HOOPER (J.) - Transitioning Emerging Microsystems Into Test and Evaluation. - Dans ITEA Journal of Test and Evaluation, (33), pp. 374–383 (2012).
-
(2) - BECHTOLD (T.) et al - System-level modeling of MEMS. - Wiley (2013). PDF disponible en ligne https://doi.org/10.1002/9783527647132
-
(3) - ZEGA (V.) et al - Numerical Modelling of Non-Linearities in MEMS Resonators. - Dans Journal of Microelectromechanical Systems, 29(6), pp. 1443-1454 (2020). PDF disponible en ligne https://doi.org/10.1109/JMEMS.2020.3026085
-
(4) - GARDNER (J.W.) - Microsensors: Principles and Applications. - Wiley (1994).
-
(5) - MADOU (M.) - Fundamentals of Microfabrication – The Science Of Miniaturization. - CRC Press Inc (2002).
-
(6) - GHODSSI (R.), LIN...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Véhicules routiers – Sécurité fonctionnelle, norme ISO pour les systèmes de sécurité dans les véhicules routiers à moteur. - ISO 26262 - Décembre 2018
ANNEXES
Exemples de MEMS commerciaux
Pour l’industrie : accéléromètres, gyromètres, microphones et capteurs de pression
Circuit ADXL 345 – https://www.analog.com/en/products/adxl345.html
https://www.alliantech.com/976-accelerometre-mems
https://www.st.com/en/mems-and-sensors/lis25ba.html
https://www.pcbpiezotronics.fr/blog/informations-produits/accelerometres-de-choc-mems/
https://safran-navigation-timing.com/fr/solution/accelerometres-mems/
https://www.bosch-sensortec.com/products/motion-sensors/accelerometers/bma530/
https://www.bosch-sensortec.com/products/motion-sensors/accelerometers/
https://www.bosch-sensortec.com/products/smart-sensor-systems/bhi360/
https://product.tdk.com/en/search/sensor/mortion-inertial/gyro/info?part_no=GYPRO3300
https://www.althensensors.com/fr/capteurs/capteurs-gyroscopiques/
https://www.analog.com/en/product-category/gyroscopes.html#category-detail
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