Techniques d’imagerie acoustique non linéaire pour l’étude de la fiabilité des MEMS – ANL-MEMS

Le présent projet, de recherche fondamentale et de développements expérimentaux, est dédié à l’utilisation de nouvelles techniques d’imagerie acoustique non linéaire pour le contrôle non destructif de la fiabilité des Micro-Système Electro-Mécanique (MEMS : Micro-Electro-Mechanical Systems). L’objectif est ici de développer et d’appliquer deux méthodes d’acoustique non linéaire originale pour la caractérisation et l’imagerie de défauts dans les MEMS. La première technique considérée repose sur une méthode Opto-Acousto-Optique qui utilise des lasers pour simultanément générer des ondes acoustiques et détecter la réponse acoustique non linéaire des fissures. Cette méthode est entièrement sans contact. La deuxième technique repose elle sur une méthode de Conjugaison de Phase Magnéto-Acoustique, qui utilise le retournement des fronts d’onde ultrasonore grâce à un pompage électromagnétique de matériaux actifs magnétiques. Appliquée à des ondes acoustiques de surface ou guidées, cette méthode, intégrée sur le MEMS, présente la possibilité de détecter in situ des défauts. L’utilisation combinée de ces deux méthodes offrira donc un outil complet pour la détermination de la fiabilité des MEMS aussi bien lors de leur fabrication, qu’en condition réelle d’utilisation.

Outre le développement de ces deux techniques complémentaires de contrôle non destructif, une partie du projet est dédiée à une étude fondamentale théorique et expérimentale de la réponse non linéaire acoustique des fissures, délaminations et autres dégradations de matériaux liées à un processus de fatigue, et au développement d’un outil de simulation numérique de la propagation d’ondes élastiques non linéaires dans les MEMS. Le code numérique utilisera un modèle multi- échelles reposant sur les phénomènes physiques sous-jacents (génération photo-acoustique, contacts des aspérités sur les lèvres des fissures,…) et sur les caractéristiques structurelles des MEMS. En particulier, à partir de la prise en compte des propriétés mécaniques hystérétiques à l’échelle microscopique, il est possible des prédire leurs implications sur la dynamique globale de la structure à l’échelle macroscopique.

Il est essentiel de noter que les deux méthodes non linéaires proposées utilisent seulement les composantes fréquentielles des signaux acoustiques qui sont excitées du fait de la non linéarité du matériau sondé, et sont absentes dans les champs acoustiques émis dans le matériau par les transducteurs. Cette condition est un des fondements du contrôle non destructif par des méthodes d’acoustique non linéaire.