Conception et modélisation d'un micro-actionneur à base d'élastomère diélectrique

Les materiaux polymeres, en particulier les EAP (Electro Active Polymer), sont de bons candidats pour le developpement d'actionneurs de nouvelle generation, en particulier par leurs proprietes mecaniques et electriques. Nous nous sommes interesses plus particulierement au cours de cette these aux actionneurs polymeres a base d'elastomere dielectrique et a leur integration technologique. Le principe de fonctionnement de ce type d'actionneur est base sur l'attraction electrostatique entre deux electrodes qui prennent en sandwich l'elastomere qui jouera a la fois le role d'entrefer de permittivite relative superieure a un et de ressort de rappel par ses proprietes elastiques. Les forces d'attraction sont proportionnelles a la constante dielectrique de l'elastomere et inversement proportionnel au module de Young de ce dernier. Notre choix s'est porte sur les polydimethylesiloxanes (PDMS), materiaux a la fois tres souple et pour lesquels une augmentation de la permittivite peut etre obtenue par l'addition de nanoparticules. Un procede original de structuration des couches de " PDMS " sur une plaquette de silicium a ete developpe. Nous avons formule ce polymere avec un composant photo-actif pour le rendre photosensible afin de pouvoir l'utiliser a l'image d'une resine lithographique conventionnelle et d'envisager la structuration dans un enchainement de fabrication compatible avec les technologies microsystemes. Par ailleurs une caracterisation exhaustive nous a permis de mieux comprendre les mecanismes physico-chimiques impliques lors des differentes etapes technologiques de realisation aussi bien pour le materiau seul qu'additionne de nanoparticules de titanate de baryum. Nous nous sommes egalement attaches a mesurer la permittivite et les coefficients d'elasticite de ces materiaux a la fin du processus de fabrication verifiant ainsi le maintien des proprietes initiales qui ont presidees au choix de ces materiaux. Des actionneurs miniaturises constitues d'une electrode inferieure fixe, d'une couche de PDMS structuree et d'une electrode superieure libre ont ainsi ete fabriques, caracterises et modelises par element finis a l'aide du logiciel Comsol. Nous avons utilise des modeles hyper elastiques pour les confronter aux resultats obtenus. Il en ressort que si l'utilisation des depots de couches metalliques a permis de fabriquer des structures, la deformation maximale de l'actionneur est limitee neanmoins par l'elasticite de l'electrode metallique. Les resultats nous permettent d'envisager, pour les applications a l'optique, la realisation de structures a focale variable dont deux exemples sont donnes en perspective.