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Université de Franche-Comté
/ 07-10-2010
Descourvières Eric
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Les travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre de la conception des systèmes de production / assemblage pour les produits de taille micrométrique, appelés micro-produits. Il s'agit de produits constitués de composants de taille submillimétrique, si bien qu'il est difficile, voire impossible, de les observer à l'oeil nu et encore de les manipuler précisément soit directement avec les doigts, soit avec un outillage manuel. FEMTO-ST, dans son équipe SAMMI - Systèmes Automatisés de Micromanipulation et de Micro assemblage - propose des solutions robotisées pour la manipulation et l assemblage de ces micro-produits. Ces micro-robots sont conçus et réalisés pour tenir compte des forces en présence à cette échelle et les exploiter au mieux pour une manipulation dextre et précise. L'intégration de ces micro-robots pour concevoir des systèmes de production - nous traitons ici le problème du micro-assemblage - a fait émerger le concept de micro-usine. Au niveau international, nous avons pris un positionnement original en proposant une modularité non seulement au niveau des cellules de production mais également à l'intérieur de ces cellules. Cette modularité porte à la fois sur les structures physiques mais également sur les systèmes de commande et de supervision. Dans ce manuscrit, nous proposons d'étudier la pertinence de cette décomposition modulaire en fonction des conditions de production. Notamment, nous nous placerons dans le contexte de production changeante nécessitant réorganisation et / ou reconfiguration du système de production. Trois parties composent le travail de thèse. Nous avons établi une structure de micro-usine et une stratégie de commande dont nous avons identifié les propriétés. Nous avons ensuite formalisé une architecture des données. Enfin, l'étude du comportement a été obtenue par simulation d un modèle réalisé par réseau de Pétri stochastique et T-temporisé. L'évolution stochastique se justifie par l incertitude inhérente au micromonde, celle-ci est d'autant moins importante que s'accroit la connaissance et le savoir-faire dans une situation donnée. La temporisation permet de prendre en considération les durées relatives des reconfigurations ou réorganisations qui évoluent au gré des expérimentations. Dans le cadre d'une conception orientée objet, les modélisations sont établies au moyen du langage de modélisation graphique UML qui autorise une analyse syntaxique. Concernant les études menées avec le modèle mathématique discret de réseau de Pétri, l'outil de simulation utilisé est PACE - IBE Simulation Engineering Gmbh -. Ce logiciel permet une programmation conditionnant les transitions grâce au langage de programmation orienté objet, SMALLTALK, pour temporiser et rendre stochastique l'exécution du modèle. PACE comporte par ailleurs une interface graphique utilisateur souple et lisible. Les résultats de simulation sont ensuite analysés et mis en forme avec MATLAB. Ces résultats nous ont montré la pertinence de l'approche modulaire et du choix de décomposition mis en place pour assurer de bonnes performances à une cellule de micro-assemblage.
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Université de Franche-Comté
/ 17-09-2010
El Koujok Mohamed
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Le pronostic industriel est aujourd'hui reconnu comme un processus clef pour renforcer la sûreté de fonctionnement des matériels tout en réduisant les coûts de maintenance. Cependant, il est difficile de construire un outil de pronostic efficace, prenant en compte l'incertitude inhérente aux processus de défaillance mal appréhendés. L'objet de cette thèse est de proposer un système de pronostic qui, partant des données capteurs, permette de générer les indicateurs utiles à l'optimisation des stratégies de maintenance. Le travail vise en outre à pallier certains problèmes inhérents au manque de connaissance sur les phénomènes de dégradation (quantité de données, expertise dans la construction d'un modèle). Les développements sont fondés sur l'utilisation du système neuro-flou évolutif exTS comme outil permettant de prédire la dégradation d'un bien. Une procédure de sélection automatique des entrées du système prédictif est proposée. L'approche est basée sur le principe de parcimonie. Elle permet de déterminer la structure du réseau neuro-ffiou en regard d'exigences de performance de prédiction. Une méthode d'estimation a priori de la distribution des erreurs de prédiction du système neuro-flou, ainsi que de propagation de cette erreur pour tout horizon est ensuite proposée et illustrée. Cette contribution permet d'intégrer la confiance au processus de pronostic. Enfin, les mécanismes d'évaluation de la fiabilité d'un bien sont adaptés au cas prédictif affin de générer les métriques de pronostic permettant d'optimiser les stratégies de maintenance, notamment le temps résiduel avant défaillance (Remaining Useful Life - RUL).
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Université de Franche-Comté
/ 02-09-2010
Lenders Cyrille
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Cette thèse a pour contexte la micromanipulation en milieu liquide. Cette thématique scientifique vise à comprendre les phénomènes qui interviennent lors de la manipulation dans un liquide de microcomposants, dont la taille peut varier entre 1 m et quelques millimètres. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l étude des forces de tension de surface en milieu immergé, car elles bénéficient d effets d échelle favorables. L idée poursuivie est d utiliser des bulles de gaz comme un moyen d actionnement dans les milieux liquides, et nécessite d étudier les propriétés mécaniques de ces bulles. L originalité de l approche repose sur la combinaison de deux effets : la tension de surface et la compressibilité du gaz. La première étape a été l étude d un moyen efficace pour générer une unique bulle de gaz de taille voulue. Après une analyse exhaustive, il est apparu que la génération de bulle par le contrôle en volume était une méthode prometteuse. Nous avons alors développé un modèle permettant de prédire la taille d une bulle, et mis en évidence la possible existence d une instabilité de la croissance de ces bulles. Une étude analytique adimensionnelle nous a permis de définir un critère pour prédire l existence ou non de cette instabilité. La seconde étape a porté sur la caractérisation mécanique en régime quasi statique d une bulle de gaz en contact avec deux solides. Le but étant de prédire la force générée par une bulle de gaz sur les solides ainsi que sa raideur. Le modèle implémenté a permis de déduire des propriétés intéressantes des bulles de gaz, notamment une grande compliance dont la valeur peut être contrôlée par des paramètres fluidiques. Cette propriété de compliance étant très recherchée en micromanipulation, un démonstrateur exploitant les bulles de gaz a été conçu. Il s agit d une microtable compliante actionnée par trois bulles. Ces travaux ouvrent la voie vers de nouveaux modes d actionnement ou de capteur utilisant la transduction entre une énergie fluidique et mécanique opérée par un ménisque capillaire.
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Université de Franche-Comté
/ 20-08-2010
Lavrov Roman
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Ce travail de thèse concerne une étude numérique et expérimentale d’une application du codage par chaos aux télécommunications optiques haut-débit. La démonstration expérimentale a été réalisée à l'aide d'une nouvelle architecture électro-optique inspirée de la dynamique d’Ikeda, mais utilisant une modulation de phase électro-optique chaotique. de 2a lumière. La dynamique chaotique est obtenue entre autre grâce a l'utilisation d'une conversion non linéaire de la phase vers l'intensité, réalisée par un démodulateur DPSK (interféromètre à deux ondes déséquilibré), typiquement utilisé en télécommunication optique par modulation différentielle de phase. L’utilisation d'un tel composant conduit à l’introduction d'une non linéarité non locale dans le temps, dans l'équation intégro-différentielle retard décrivant l'évolution de la dynamique de l’oscillateur optoélectronique. La simulation numérique de cette dynamique a été faite en utilisant des équations aux différence de filtres numériques dans des conditions de sur-échantillonnage, permettant ainsi de prendre en compte l'ordre élevé de l'équation différentielle effectivement impliquée dans l'expérience. Les résultats de simulation sont en très bon accord avec les observations expérimentales, et ont permis d'élucider certaines particularités des solutions de ce type de dynamique. Nous avons étudié les propriétés de synchronisation de la porteuse chaotique par un récepteur construit en copiant en boucle ouverte l'architecture d’émetteur-générateur de chaos. La sensibilité de cette synchronisation distante entre chaos a été explorée en fonction des écarts entre paramètres, et en fonction de diverses distorsions introduites par un canal de transmission. Le codage, la transmission, et le décodage d'un signal binaire DPSK, a été réalisée. Le montage final a été éprouvé dans des conditions réalistes de terrain, au travers d'expériences réalisées sur des réseaux optiques installés (réseau des frères Lumière de Besançon, et réseau métropolitain d’Athènes), au débit record de 10 Gb/s pour ce type de liaison masquée 1 par chaos, ct sur des distances de plus de 12.0 km. L'intégration du montage, l’utilisation de composants dédiées, ainsi que des topologies plus avancées de générateur‘ de chaos utilisant ce même principe, sont discutés et proposés.
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Université de Franche-Comté
/ 18-03-2010
CHEN Qiao
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Au cours de la dernière décennie, des travaux de recherche importants ont été effectués dans le domaine de la microrobotique. Ces travaux concernent la conception, la fabrication et la commande de microrobots destinés à exécuter diverses tâches dans le micromonde (le monde des objets de taille micrométrique). Il s agit notamment de tâches de manipulation d objets artificiels ou biologiques à des fins de positionnement, de caractérisation ou de tri mais aussi pour le micro-assemblage industriel. Les recherches effectuées ont montré l efficacité des matériaux actifs pour l actionnement des microrobots. Toutefois, en dépit de leur haute résolution intrinsèque, ces matériaux présentent des inconvénients qui rendent la commande des microrobots difficile. Le comportement de ces matériaux et plus généralement des actionneurs qui les utilisent est souvent complexe, non linéaire et parfois non stationnaire. L implantation de lois de commande nécessite donc l emploi de capteurs et d instruments coûteux et encombrants pour le traitement des signaux et l'exécution en temps réel. Dans le but de lever les difficultés citées précédemment et d ouvrir des perspectives nouvelles pour la conception et la commande de microrobots, nous proposons une nouvelle approche pour la microrobotique microrobotique numérique qui utilise un concept de modularité et une commande en boucle ouverte. Ces nouveaux microrobots sont construits à partir de modules élémentaires possédant deux états mécaniques stables et répétables. La position de l'extrémité du microrobot dépend de l état des différents modules bistables qui le composent. Cette approche introduit un nouveau paradigme en microrobotique permettant la conception de cinématiques diverses adaptées au micromonde. Les principaux avantages de cette nouvelle microrobotique sont la modularité, l absence de capteurs, la flexibilité, la possibilité de réaliser des robots microfabriqués et l absence d asservissement. Cette thèse propose la conception, la microfabrication et la caractérisation d un module bistable.
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Université de Franche-Comté
/ 08-01-2010
Elhechmi Imen
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L'étude du développement physiologique humain et de sa variabilité a toujours été au centre des préoccupations non seulement des anthropobiologistes, mais également des médecins légistes, des dentistes, orthodontistes et des pédiatres. Les attentes de la société dans ce domaine de l identification biométrique ont évolué. Désormais, la qualité des identi cations ne se présume plus. Elle doit être dé nie, évaluée, prouvée et, au-delà, constamment améliorée. L'objectif de cette thèse était de concevoir et de réaliser un système optique pour la mesure et l analyse des périkymaties de la couronne de la dent. L'intérêt principal est de proposer un système non invasif pour la mise en évidence des périkymaties, utiliser, tester et évaluer la qualité d'une méthode de comptage des périkymaties. Le but étant la détermination de la périodicité des périkymaties, pour un classement des Hominidés. En s'appuyant sur les théories optiques : la ré ectance bidirectionnelle (BRDF) et la fonction bidirectionnelle de la texture (BTF), nous avons conçu et réalisé un système optique qui répond à tous ces critères. Au vu des résultats que nous avons obtenus sur des dents du registre des fossiles, largement étudiés dans la littérature, nous pouvons souligner la pertinence de notre approche. En effet, les résultats de nos mesures ont démontré pour la première fois la variabilité chez l Homme actuel. Le système optique que nous avons développé permet aussi de mesurer la variabilité de la périodicité des périkymaties, rappelons que cette périodicité n'est que, très partiellement connue chez l'Homme actuel et pourrait chevaucher celle observée chez les Hominidés fossiles. Notre outil offre alors un outil objectif pour un classement des Hominidés.
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Université de Franche-Comté
/ 17-12-2009
Gibeau Elie
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Parmi les nombreuses approches de la modélisation des alliages à mémoire de forme (AMF), nous avons choisi d'en traiter une, basée sur les surfaces de début de transformation de phase. Dans ce cadre, le modèle étudié est construit sur une étude thermodynamique. Le choix de la surface de début de transformation relève d'un critère de von Misès agrémenté d'une fonction de correction permettant de répondre à de critères de convexité ainsi qu'à la dissymétrie entre la traction et la compression qu'on retrouve dans les AMF. Un second modèle, issu de la littérature, a été aussi éprouvé: celui de E. Sadjadpour et Pro K. Bhattacharya. Il est bas sur une surface de fin de transformation martensitique. Cette surface particulière fait l'objet d'une étude et de détails a cours du mémoire. Jusqu'à présent ces deux modèles n'avaient été testés que de façon qualitative. Chacun de ses modèles a été confronté un ensemble de données expérimentales fournies au cours d'un colloque de l'ANR MAFESMA. Cette base de données contient des tests uniaxiaux, multiaxiaux, de commande en températures, etc... On note un grand parallélisme entre les deux modèles traités, bien que basés sur deux surfaces de transformation différentes. Une étude théorique propose un pont unissant ces domaines de transformation, la dualité entre les contraint de début de transformation et les déformations de fin de transformation a été mise en place. Des données expérimentales (iTi et CuAIBe) de la littérature ont été prises pour tester cette dualité.
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Université de Franche-Comté, Université de Technologie de Varsovie Départemnt ZIF
/ 14-12-2009
Krupa Katarzyna
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L'objectif de ce mémoire de thèse consiste à étudier et caractériser les propriétés de couche mince piézoélectrique de nitrure d aluminium (AIN) utilisées comme une couche d actionnement de micropoutres multimorphes actionnées piézoélectriquement et a évaluer leurs performances micromécaniques. Ce travail a été effectué en utilisant une méthodologie hybride basée sur 1 interaction entre le modèle physique et mathématique des objets étudiés. Ces recherches ont été faites dans le cadre d`une thèse de doctorat effectuée en cotutelle entre l`Université de Franche-Comté et Université Technologique de Varsovie. Les deux laboratoires qui ont porté ce projet sont le Département d'Optique P.M. Duffieux de l nstitut FEMTO-ST et l institut de Micromécanique et Photonique. Une méthodologie hybride opto-numérique a été proposée pour étudier des microstructures. Cette méthodologie permet la caractérisation complexe de ces échantillons en identifiant les divergences entre leur modèle physique et mathématique. Cette approche hybride, combinant les données expérimentales obtenues par l interférométrie optique et les techniques de nanoindentation avec les résultats de traitements numériques et les équations analytiques, a été appliquée pour étudier les micropoutres silicium où un film mince piézoélectrique d AlN a été déposé entre les deux électrodes métalliques. Grâce à ces interactions, les propriétés de films AIN ainsi que les comportements micromécaniques de transducteurs piézoélectriques et leur fiabilité ont été déterminés. Nous avons bâti un modèle physique de ces dispositifs multimorphes en utilisant la plateforme de métrologie basée sur l interféromètre de Twyman-Green, offrant les avantages de mesure non-destructive et la haute résolution de techniques optiques. Ainsi, nous avons obtenu des données caractérisant les comportements statiques et dynamiques de micropoutres AIN, ainsi que les différentes propriétés physiques des éléments étudiés. Enfin, quelques mesures de fiabilité de nos micro objets ont permis l évaluation de l`impact de certains paramètres géométriques et fonctionnels sur les comportements des échantillons et leur durée de vie. Le modèle mathématique proposé s appuie à la fois sur l utilisation d`équations analytiques et le calcul par la Méthode des Éléments Finis faisant appel au logiciel ANSYS. Ces calculs ont tenu compte de l aspect multicouche des éléments étudiés. Ce travail de modélisation a permis d`identifier les paramètres critiques de ces microactionneurs piézoélectriques à la fois du point de vue dimensionnel que matériel et de mieux comprendre leurs mécanismes de vieillissement. Par ailleurs, une étude de fiabilité a aussi été réalisée, en incluant des tests accélérés du vieillissement et de la fatigue, ainsi que une étude de la stabilité opérationnelle. Les résultats obtenus nous ont permis de mieux cerner quels sont les paramètres critiques de dommagement le plus probables de ces micro objets et estimer leur temps de vie. Enfin, l approche opto-numérique proposée a permis d'identifier les étapes de fabrication critiques des micropoutres d AlN afin d'optimiser leur fabrication. La méthodologie hybride proposée au cours de la thèse de doctorat a étendu la capacité métrologique des techniques d interférométrie laser. Elle permet de développer les méthodes pour la caractérisation des microstructures, la détermination de leur fiabilité et l assistance de leur technologie dans la réalisation des dispositifs fiables des paramètres requis. L application de cette méthodologie a permis de bien comprendre les propriétés de films d`AlN aussi bien que les performances des micropoutres piézoélectriques. Cela peut effectuer en une augmentation de nombre des applications possibles de ces microstructures d AlN, en améliorant leur qualité et contrôle.
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Université de Franche-Comté
/ 11-12-2009
El Fissi Lamia
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Les capteurs acoustiques à ondes de Love constituent une solution avantageuse pour la détection de grandeurs (bio)chimiques en milieux liquides. Ces capteurs présentent par ailleurs le potentiel notoire de découler d'une industrie mature (celle des filtres à ondes de surface) et bénéficient d'avantages de techniques avérés (sensibilité gravimétrique, compensation des effets thermiques, possibilité de mesures différentielles). Ces travaux ont permis de développer des systèmes de mesure à base de capteurs à ondes acoustiques de surface en phase liquide. Des outils théoriques ont été validés en ce sens. Deux ensembles de technologies ont été utilisés pour la fabrication d'un système d'encapsulation réalisé sur tranche et nécessaire au fonctionnement en milieux liquide, l'un à base de polymères et l'autre ayant recours au silicium et au verre. Une étude détaillée a été effectuée sur l'effet de l'ajout du système d'encapsulation sur le chemin de la propagation des ondes acoustiques. La validation du système de mesure réalisé a été obtenue par la détection des nanoparticules d'or en milieu liquide. Le suivi fidèle et en temps réel par le capteur des différentes étapes de détection a montré tout l'intérêt des capteurs acoustiques à ondes de Love par rapport aux méthodes de mesure classiques de la biochimie analytique.
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Université de Franche-Comté
/ 11-12-2009
Courjon Emilie
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Depuis une vingtaine d'années, on assiste à l'essor de la téléphonie mobile. Ce mode de communication nécessite l'utilisation de filtres radiofréquences (RF) capables de sélectionner le signal utile à la réception comme à l'émission. La miniaturisation des téléphones a nécessité le développement de nouveaux types de filtres fondés sur l'utilisation d'ondes acoustiques et notamment les ondes de surface (SAW). Pour répondre aux enjeux modernes des filtres RF pour la téléphonie cellulaire (montée en fréquence, augmentation des puissances d'émission, réduction des dimensions), nous avons envisagé un autre type de transducteur fondé sur l'utilisation de domaines ferroélectriques alternés. En effet, des matériaux ferroélectriques tels que le niobate de lithium (LiNbO3) présentent une polarisation spontanée pouvant être inversée. De cette manière, les peignes interdigités classiquement utilisés dans les composants à ondes de surface peuvent être remplacés par des structures périodiques à domaines inversés. Ce travail de thèse a consisté à valider le principe de fonctionnement de ce nouveau type de transducteur et à prouver qu'il était possible de fabriquer des filtres à l'aide de ces Transducteurs Polarisés Périodiquement (TPPs). Une étude théorique réalisée à l'aide d'un logiciel de simulation alliant calculs par éléments finis et éléments de frontière ainsi que la conception et la fabrication de ces dispositifs sont présentées. Ce type de structures à domaines inversés ayant prouvé son intérêt, d'autres objets exploitant ce principe ont été conçus et fabriqués (guides d'ondes acoustiques, dispositifs électro-optiques et dispositifs à onde isolée).
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