Présentation
EnglishAuteur(s)
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Emmanuel SARRAUTE : Maître de conférences au Conservatoire National des Arts et Métiers - Laboratoire d’électricité signaux et robotique
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Isabelle DUFOUR : Chargé de recherche au CNRS - Laboratoire d’électricité signaux et robotique
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Lire l’articleINTRODUCTION
La volonté de miniaturiser les actionneurs ne date pas d’hier et les progrès accomplis en ce domaine, par l’industrie horlogère notamment, le prouvent. Mais alors que les méthodes classiques d’usinage ont atteint leurs limites, de nouvelles techniques de fabrication, issues pour la plupart des procédés utilisés en micro-électronique, permettent maintenant de réaliser des pièces méca-niques à l’échelle micrométrique. Les premiers micromoteurs usinés sur silicium apparaissent à la fin des années 1980. Dans des domaines d’application où les dimensions jouent un rôle très important, comme par exemple le génie médical et biologique, l’espace et l’instrumentation, l’enjeu est considérable.
À l’image des moteurs « classiques », c’est-à-dire de taille macroscopique, plusieurs principes de fonctionnement peuvent être mis en évidence. Cependant, nous nous restreindrons dans cet article à l’étude des micromoteurs électrostatiques à capacité variable. Après avoir présenté quelques procédés de fabrication et réalisations, nous étudierons les effets de la miniaturisation sur les performances statiques et dynamiques des convertisseurs électromécaniques. L’intérêt des systèmes électrostatiques étant mis en évidence dans les très petites dimensions, nous aborderons les principes de fonctionnement et présenterons ensuite une méthode systématique de dimensionnement qui, sur la base de règles topologiques simples et d’un cahier des charges donné, permet de définir une structure optimale en terme de couple moyen maximal. Enfin, pour mieux apprécier les performances théoriques de ce type de micromoteur, nous étudierons son comportement dynamique et présenterons des résultats de simulation correspondant à plusieurs configurations de fonctionnement.
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6. Conclusion et perspectives
Les microsystèmes sont définis comme étant des systèmes miniaturisés qui assurent plusieurs fonctions telles que la perception de l’environnement, la mise en forme, le traitement et la transmission des données, une prise de décision et une action sur l’environnement. Dans des domaines d’application comme, par exemple, l’ingénierie de la santé, l’automobile, l’espace, les télécommunications, etc., les avantages liés à la miniaturisation sont nombreux : diminution de la consommation de l’énergie, accroissement des fonctionnalités, utilisation de matériaux nobles, etc. Si la faisabilité de plusieurs approches technologiques a été démontrée, la filière silicium offre cependant la possibilité de réaliser une intégration très poussée des dispositifs et d’en réduire les coûts par la mise en œuvre de méthodes de fabrication collectives. Le concept de « microsystèmes intégrés » prend alors tout son sens. Les réalisations spectaculaires, ces dernières années, de différents capteurs (jauges de contraintes, sondes de température, détecteurs optiques, etc.) et micromoteurs micro-usinés sur silicium sont là pour en témoigner.
Même si certaines réalisations sont déjà passées au stade industriel (capteur d’accélération pour Air-Bag par exemple), les travaux présentés dans cet article restent encore du domaine de la recherche. Les processus technologiques de fabrication doivent être améliorés et les lois physiques et comportementales à l’échelle micronique étudiées (microtribologie, etc.). De plus, il est encore très difficile, aujourd’hui, de réaliser des chaînes cinématiques complexes mettant en œuvre des engrenages, de façon à récupérer le mouvement de rotation produit par un micromoteur.
L’avenir des microtechnologies semble très prometteur et il est fort probable que dans quelques années, elles auront profondément changé le paysage industriel en conception et réalisation des systèmes électroniques intégrés.
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