DS0303 - Produits (conception, procédés et matériaux)

Matériaux piézoélectriques alternatifs haute performance : vers des solutions respectueuses de l'environnement – HEcATE

Résumé de soumission

Les matériaux piézoélectriques possèdent la propriété de se polariser électriquement sous l'action d'une force mécanique (effet direct) et réciproquement, de se déformer lorsqu'on leur applique un champ électrique (effet inverse). Aujourd’hui, ces matériaux sont intégrés dans de nombreux dispositifs tels que les allume-gaz, les injecteurs, les moteurs piézoélectriques, les têtes d’imprimantes et les transducteurs ultrasonores (pour le CND, l’acoustique sous-marine ou l’imagerie médicale). Aujourd’hui, les dispositifs utilisent majoritairement des céramiques polycristallines qui sont facilement fabriquées et façonnées à la demande. Depuis la découverte au milieu du siècle dernier du zircono-titanate de plomb (PZT), de nombreuses compositions dérivées ont été mises au point pour optimiser certaines propriétés en fonction de l’application visée. Actuellement, cette gamme de compositions de PZT est de loin la plus utilisée mais ce succès croissant est malheureusement associé à des problèmes sanitaires et environnementaux du fait qu’elle contient du plomb. Dès 2003, l’U.E. a voté des directives concernant la gestion des déchets d’équipements électriques et électroniques en fin de vie (WEEE) et leurs restrictions (substances dangereuses, RoHS). De plus, en décembre 2012, l'agence européenne des produits chimiques (ECHA) a placé les PZT dans la liste des candidats de la directive REACH.
Dans le projet HEcATE, un consortium français composé de partenaires complémentaires propose de mettre en place un axe de recherche sur l'optimisation et le développement de matériaux piézoélectriques sans plomb haute performance pour la fabrication de prototypes (acoustique sous-marine et l’imagerie médicale). L’objectif prioritaire consiste à fabriquer des lots en quantité suffisamment importante en utilisant des procédés industriels viables et en maitrisant les coûts. Ce consortium, en profitant des savoir-faire déjà acquis dans des collaborations précédentes pour atteindre cet objectif ambitieux, est constitué de sept partenaires avec quatre laboratoires publics (Univ. François-Rabelais – GREMAN UMR7347 CNRS, Univ. de Limoges - SPCTS UMR7315 CNRS, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux UPR9048 CNRS et l’IEMN UMR8520 CNRS), un laboratoire de recherché privé (Thales R&T), une plate forme technologique (Cristal innov) et une PME (VERMON SA). De plus, le consortium a le soutien de deux entreprises mondialement connues : Thales Under Water Systems et Faurecia. Ce projet aborde les grands défis sociétaux à travers la thématique: “Stimuler le renouveau industriel, axe 3.3 Produits (conception, procédés et matériaux)”.
Les principaux objectifs que les partenaires du projet ont définis ensemble sont : (1) le développement d’un procédé de fabrication à grande échelle et à coût maitrisé de céramiques sans plomb ; (2) la mise en place de procédés de fabrication pour des monocristaux piézoélectriques et des céramiques texturées sans plomb dans l’objectif d’une production en quantité ; (3) la mise en place d’un procédé innovant de dépôt de films épais sans plomb à faible coût ; (4) la fabrication de prototypes en vue d’une production à grande échelle ; (5) le développement d’outils de simulation multi-échelle pour optimiser les propriétés des matériaux sans plomb.
Pour cela, plusieurs familles de compositions ont déjà été identifiées par le consortium. Tous ces objectifs représentent un enjeu prioritaire car nous sommes maintenant dans une période où la transition vers ces nouveaux matériaux sans plomb est inévitable. De ce fait, l'industrie française doit être prête d’une part à commercialiser ces nouveaux matériaux, et d’autre part à adapter ses processus d'intégration de ces matériaux dans ses dispositifs. C'est la condition sine qua non pour rester compétitive, mais aussi être en mesure d'augmenter ses marchés. Le remplacement des PZT par des matériaux équivalents sans plomb est également une occasion unique pour de nouveaux acteurs du domaine.

Coordinateur du projet

Université François-Rabelais de Tours - GREMAN UMR 7347 CNRS (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Institut d'Electronique de Microélectronique et de nanotechnologie UMR 8520 CNRS
Institut Lumière Matière - Cristalinnov
VERMON SA
Université François-Rabelais de Tours - GREMAN UMR 7347 CNRS
Thales Research & Technology
UNIVERSITE DE LIMOGES
Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux UPR 9048 CNRS

Aide de l'ANR 834 609 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2015 - 42 Mois

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