Modélisation et caractérisation d'un transducteur piézoélectrique micro-usiné couplé à un milieu liquide

Les systèmes ultrasonores peuvent être utilisés dans de nombreux domaines d'applications, tels que l'imagerie médicale, la biométrie, la thérapie, etc. Les transducteurs ultrasonores piézoélectriques micro-usinés (PMUT) font partie de la famille des microsystèmes électromécaniques (MEMS). Ces derniers présentent des avantages, au regard des transducteurs traditionnels, en termes de réduction de taille, de coût de fabrication, et dans une certaine mesure, de performances électroacoustiques. Ce travail de thèse porte sur la modélisation de la réponse électroacoustique d'une cellule PMUT circulaire, en s'appuyant sur la théorie classique des plaques minces de Kirchhoff. Un modèle complet a été développé, avec dans un premier temps le cas d'une cellule vibrant dans l'air, puis dans un second temps celui de la cellule vibrant dans un liquide. La prise en compte d'un liquide repose sur l'écriture d'une condition d'interface (elle découle du calcul de l'intégrale de Rayleigh) entre le PMUT et le liquide, qui permet de prendre en compte les effets de rayonnements. La résolution des équations comportementales, par la méthode des différences finies, a permis d'établir le circuit électroacoustique équivalent d'un PMUT. Le modèle que nous posons préserve la vitesse moyenne ainsi que les puissances moyennes mécanique et acoustique. Un certain nombre d'hypothèses couramment posées, mais rarement justifiées, dans la littérature, sont ici adressées et discutées. Les résultats de modélisation sont comparés à des résultats expérimentaux obtenus au moyen de plusieurs prototypes de PMUT, fabriqués à base de Nitrure d'Aluminium (AlN). Les données expérimentales comprennent des mesures électriques et des mesures dynamiques de déplacement, réalisées dans l'air et dans un liquide. Ce travail de thèse pose ainsi les premières bases de développement d'un modèle de réseaux multi-éléments constitués de centaines de cellules PMUT.