Etude et réalisation de micro-actionneurs intégrés à base d'alliage à mémoire de forme
Abstract
This work talks about the shape memory alloys (SMA) used as actuators in microrobots and microsystems. Among the SMA the nickel-titanium alloy (NiTi) is a very good material useful in particular for actuation. It is able to provide a very important mechanical work in comparison with the other active materials. However, considering that the temperature is its control parameter the response time of the SMA is great. Moreover, it is very difficult to control precisely its displacement because the SMA is very sensitive to the thermal external conditions. Therefore, this work contains a thermal study, using the physical model of a SMA, of the two main principle that are efficient for heating and cooling this material : the Joule effect and the Peltier effect. This study has leads to the realization of a micro-actuator that have an integrated Peltier System (named Peltier $\Omega$ module). This original actuator has the particularity to be less sensible to the external temperature variations and can work in confined environments witch is impossible with a Joule actuator. A numeric simulator that has been developed in this study, help to understand and to predict the thermomecanical behavior of the $\Omega$ module.
Ce travail de recherche traite des alliages à mémoire de forme (AMF) utilisés en tant qu'actionneurs dans les microrobots et les microsystèmes. Parmi les AMF, l'alliage de nickel-titane (NiTi) est notamment un très bon candidat au micro-actionnement, car il est capable de développer un travail mécanique très important, en comparaison avec d'autres matériaux actifs. Cependant, la température étant sa grandeur de commande, le temps de réponse de l'AMF est grand. De plus, il est difficile de contrôler précisément ses déplacements, car il reste très sensible aux conditions thermiques extérieures. Aussi, ce travail présente une étude thermique détaillée, fondée sur le modèle physique de comportement d'un AMF, des deux principaux moyens de chauffage et de refroidissement du matériau : l'effet Joule et l'effet Peltier. Cette étude a abouti à la réalisation d'un micro-actionneur à effet Peltier intégré (nommé module $\Omega$ Peltier). Cet actionneur original a la particularité de rendre l'AMF moins sensible aux variations de la température extérieure et peut donc fonctionner en milieu confiné, ce qui est impossible avec un actionneur à effet Joule. Un simulateur numérique, mis au point dans cette étude, permet de comprendre et de prédire le comportement thermomécanique du module $\Omega$.