Publication trimestrielle du Laboratoire
d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS
Ce travail de thèse concerne la mise au point de procédés d'intégration de couches énergétiques de type thermite dans les microsystèmes pour la réalisation de microsources de pression et de température. Il constitue donc une contribution au développement de nouvelles sources d'énergie embarquées sur puce puissantes et compactes pour des applications dans les domaines militaire principalement, mais aussi civil avec l'aérospatiale, l'automobile et le médical. L'objectif de notre contribution est de mettre au point des technologies de dépôt de thermites compatibles avec les microsystèmes qui permettent de maîtriser autant que possible les caractéristiques stoechiométriques et géométriques du matériau déposé pour en contrôler la cinétique et en optimiser la chaleur de décomposition.Après avoir sélectionné le matériau à formuler, à savoir la nanothermite Al/CuO (matériau constitué d'un oxydant-CuO et d'un réducteur-Al structuré à l'échelle nanométrique), ce travail s'est organisé selon deux axes :- La mise en place de procédés de dépôt sous vide de matériaux énergétiques de type nanothermite compatibles avec les micro- et nanotechnologies et l'optimisation des procédés technologiques pour contrôler le matériau ainsi déposé, à l'échelle nanométrique- L'intégration de la nanothermite dans un microsystème de type initiateur pour explorer les applications de micro-amorçage.Deux procédés de dépôt simples et reproductibles ont ainsi été développés: un procédé fondé sur un traitement thermique oxydant qui permet la formation de nanostructures à une dimension sous forme de nanofils pour des surfaces inférieures à 1 mm2 et un procédé fondé sur la pulvérisation cathodique réactive qui permet l'obtention d'empilements compacts successifs de nanofeuillets d'Al/CuO d'épaisseur réglable.L'intégration sur une plateforme chauffante micro-usinée de ce matériau énergétique permet la libération contrôlée de chaleur (~ 1,2 kJ/g) pour une température de réaction de 740 K. La nanothermite, en tant qu'initiateur, permet la mise à feu de propergol au contact et jusqu'à de distance de 250 - 270 µm.Les caractéristiques énergétiques et fonctionnelles des matériaux énergétiques élaborés montrent l'importance de la maîtrise de la stoechiométrie et de la géométrie pour obtenir un matériau avec des performances précisément contrôlées et reproductibles.Nous discutons ensuite, d'une part, des perspectives ouvertes pour réaliser au moyen de procédés collectifs des micro-initiateurs pyrotechniques puissants et compacts et, d'autre part, de l'importance d'outils de modélisation multi-échelle (de l'échelle atomique au macroscopique) pour aider à la compréhension de la réactivité du matériau et au choix des procédés.