Soutenance de M.Ronan HINCHET

Les systèmes intelligents sont le résultat combiné de différentes avancées en microélectronique ayant conduit à une augmentation des puissances de calcul, une diminution des consommations d'énergie, l'ajout de nouvelles fonctionnalités et de moyens de communication et en particulier à son intégration et application dans notre vie quotidienne.
L'évolution du domaine des systèmes intelligents est prometteuse, et les attentes sont élevées dans de nombreux domaines : pour la surveillance dans l'industrie, les transports, les infrastructures et l'environnement, ainsi que dans le logement, l'électronique grand public et les services de soins de santé, mais aussi dans les applications pour la défense et l'aérospatial.
Aujourd'hui, l'intégration de plus en plus de fonctions dans les systèmes intelligents les
conduisent vers une crise énergétique imminente où l'autonomie devient le principal
problème. Par conséquent, il existe un besoin croissant en capteurs autonomes et sources d'alimentation. Le développement de récupérateurs d'énergie et de capteurs auto alimentés est une façon de répondre à ce problème énergétique. Parmi les technologies étudiées, la piézoélectricité a l'avantage d'être compatible avec l'industrie des MEMS, elle génère des tensions élevées et elle possède un fort couplage direct entre les physiques mécaniques et électriques.
Parmi les matériaux piézoélectriques, les nanofils (NFs) semi-conducteurs piézoélectriques pourraient être une option prometteuse car ils présentent des propriétés
piézoélectriques améliorées et une plus grande flexibilité. Parmi les différents NFs
piézoélectriques, les NFs de ZnO et de GaN sont les plus étudiés, leurs propriétés
piézoélectriques augmentent à l'échelle nanométrique par plus d'un facteur 2. Ils ont
l'avantage d'être compatible avec l'industrie microélectronique et raisonnablement
synthétisable par des approches top-down et bottom-up. En particulier, nous avons étudié la croissance hydrothermale de NFs de ZnO. Pour les utiliser correctement, nous avons étudié le comportement des NFs de ZnO. Nous avons effectué une étude analytique et des simulations par éléments finis (FEM) d'un NF de ZnO en flexion. Ces études décrivent la distribution du potentiel piézoélectrique en fonction de la force et exposent les règles de mise à l'échelle.
Ensuite, nous avons développé la caractérisation mécanique par AFM du module de Young de NFs de ZnO et de GaN, puis nous avons effectué des caractérisations piézoélectriques par AFM de ces NFs pour vérifier leur comportement sous des contraintes de flexion. Une fois leur physique comprise, nous discutons des limites de notre modèle de NFs piézoélectriques en flexion et nous développons un modèle plus réaliste et plus proche des configurations expérimentales. En utilisant ce nouveau modèle, nous avons évalué le potentiel des NFs de ZnO pour les capteurs de force et de déplacement mesurant le potentiel généré sous une contrainte, puis, sur la base d'expériences, nous avons évalué l'utilisation de NFs de GaN pour les capteurs de force mesurant le courant au travers des NFs contrains. Mais la récupération d'énergie est également nécessaire pour résoudre la crise énergétique imminente et nous avons donc étudié plus profondément cette solution. Pour bien comprendre la problématique, nous
avons étudié l'état de l'art des nanogénérateur (NG) et leurs architectures potentielles. Nous analysons leurs avantages et inconvénients, afin de définir une structure de NG de référence.
Après une brève étude analytique de cette structure pour comprendre son fonctionnement et les défis, nous avons effectué plusieurs simulations FEM pour définir des voies d'optimisation pour les NG travaillant en compression ou en flexion. Enfm la fabrication de prototypes et leur caractérisation préliminaire sont présentées.

Membres du jury : 
• Mireille MOUIS - Directeur de thèse
• Marc Lethiecq - Rapporteur
• Laurent Pichon - Rapporteur
• Olivier Thomas - Examinateur
• Gustavo Ardila - CoDirecteur de thèse
• Laurent Montès - CoDirecteur de thèse