Actionneurs en couches minces pour le contrôle santé de structures aéronautiques : étude de films de PZT et de PMNT

par Eric Fribourg-Blanc

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Daniel Osmont et de Denis Remiens.

Soutenue en 2003

à Valenciennes .

mots clés

• Onde guidée
• Piézoélectricité
• Couches minces
• Diélectriques
• Amorçage (électricité)
• Dispositifs électromécaniques

Résumé

L'étude de films de PZT (Pb(Zr,Ti)O3) a été menée dans le but d'obtenir des actionneurs de structure à grande densité de puissance. Basé sur des considérations théoriques, il est montré expérimentalement que : une couche mince déforme la structure sur laquelle elle couplée de façon identique à une pastille piézo-électrique massive sous une même tension électrique,corrélativement, le coefficient piézo-électrique transverse-plan effectif est indépendant de l'épaisseur du matériau piézo-électrique, ce coefficient est constant avec le champ électrique, le coefficient de couplage électromécanique est proportionnel à l'épaisseur de l'actionneur. L'étude a notamment permis de préciser l'évolution des propriétés électriques et de tenue en tension des films PZT en fonction de l'épaisseur et de la composition. Enfin, la synthèse et l'étude de films PMNT (Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3) a permis de poser les bases pour l'obtention d'actionneurs à propriétés électromécaniques accrues.

Titre traduit

Thin film actuators for structural heath monitoring : study of PZT and PMNT films

Résumé

The study of PZT (Pb(Zr,Ti)O3) films was undergone to demonstrate high power density actuators for structure. Based on theoretical considerations, it is experimentally shown that : a thin film coupled on a structure performs the same deformation than a bulk piezoelectric layer under the same voltage, consequently the effective transverse-plane piezoelectric coefficient is independant of the thickness of the piezoelectric material, this coefficient is constant with applied electric field, the electromechanical coupling coefficient is proportional to the actuator's thickness. This study has also clarified the evolution of electrical properties and dielectric breakdown strength of PZT films as function of their thickness and composition. Finally the synthesis and study of PMNT (Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3) films give a preliminary basis for further enhancement of electromechanical power of these thin film actuators.