Lettre du LAAS

Publication trimestrielle du Laboratoire
d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

Le suivi des paramètres physiques (pression, contraintes, fissures, température, humidité, ..) dans les systèmes embarqués ou les infrastructures est indispensable aussi bien pour la qualification et le suivi fonctionnel de ces systèmes que pour le contrôle de santé des structures (ou SHM acronyme de « Structural Health Monitoring »). Aujourd'hui ces paramètres sont obtenus avec des réseaux de capteurs filaires qui compliquent leur mise en oeuvre (et donc augmente le coût) ou bien ne sont accessibles qu'a postériori par des techniques d'inspections contraignantes et coûteuses. Parmi les solutions sans fil qui sont développées on peut trouver : des capteurs actifs (avec un émetteur intégré au capteur) qui permettent d'obtenir de grandes distances d'interrogation mais dont l'autonomie est limitée par la batterie ou des capteurs passifs (sans émetteur) de type RFID (Radio Frequency Identification) ou SAW (Surface Acoustic Wave). Ces capteurs passifs, de nature très différente, présentent l'avantage d'une très grande autonomie mais leur distance d'interrogation est généralement nettement inférieure à 10m. Afin de remédier à cet inconvénient, de nouveaux types de capteurs à transduction électromagnétique sont étudiés depuis quelques années dans le monde et plus particulièrement au LAAS. Sur ce principe, plusieurs types de capteurs (pression, gaz, contrainte, température) ont été validés au LAAS avec une interrogation RADAR. L'objectif de cette thèse était de développer un capteur de température à transduction électromagnétique utilisant un couplage électromagnétique - fluide qui n'a jamais été étudié auparavant. Le principe de ce type de capteur est basé sur la dilation thermique d'un fluide dans un micro-canal qui modifie les propriétés électromagnétiques d'un dispositif aux fréquences millimétriques. Après un premier chapitre concernant l'état de l'art des capteurs de température sans fil, deux chapitres sont consacrés à deux types de capteurs de température qui utilisent la transduction électromagnétique et la micro-fluidique. Le premier est constitué d'une capacité planaire variable à l'aide d'un fluide diélectrique. La capacité est constituée par des électrodes en cuivre déposées sur un substrat en verre. Le fluide utilisé est de l'eau désionisée qui peut circuler dans un micro-canal en SU8. La variation d'impédance, obtenue lors de la progression du front d'eau dans le micro-canal, permet de modifier l'impédance de charge d'une antenne et module ainsi le niveau de l'écho RADAR. Le concept a été validé par une interrogation sans fil et pour des températures comprises entre 24°C et 34°C. Le second capteur utilise un fluide conducteur (Galinstan) qui court-circuite les deux brins d'une antenne dipôle lorsque le liquide se dilate. La structure utilisée est constituée d'un réseau d'antenne dont les deux brins sont court-circuités progressivement pour des températures différentes. On obtient ainsi une modulation de l'écho RADAR. Les problèmes technologiques rencontrés avec le Galinstan n'ont pas permis de mener à bien la partie micro-fluidique du capteur. Mais le concept a été validé avec une interrogation RADAR et en court-circuitant manuellement les brins des antennes dipôles