Les actionneurs électromécaniques sont de plus en plus utilisés dans le domaine de la motorisation. Particulièrement, ils sont employés pour contrôler la boucle d’air du moteur Diesel. De tels actionneurs ont généralement une structure interne très complexe dont les caractéristiques sont protégées par des conventions de confidentialité. Notre travail dans cette thèse vise, en premier, à élaborer des procédures de modélisation et d’identification en prenant en compte une seule source de non linéarité, à savoir les frottements. Deux classes d’actionneurs sont ainsi étudiées et quatre procédures d’identification sont introduites permettant l’estimation des paramètres des systèmes et les coefficients des forces de frottement. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés pour développer des simulateurs sous Simulink-MATLAB et AMESim dont la dynamique est expérimentalement validée via LabVIEW. Afin d’évaluer la dégradation des performances due au processus de vieillissement, la seconde partie du travail consiste en la réalisation des études de sensibilité quantifiant l’impact des variations paramétriques sur la réponse des actionneurs. Les techniques d’ANOVA (analyse des variances) et des plans d’expériences sont appliquées, en boucle ouverte et en boucle fermée, aux actionneurs étudiés. Les résultats issus des deux techniques sont cohérents permettant ainsi de valider les études réalisées.La dernière partie du travail a pour objectif l’élaboration de lois de commande robuste vis-à-vis des perturbations et des incertitudes de modélisation. Ainsi, trois stratégies de contrôle sont utilisées : PI-Flou (PI-Fuzzy controller), l’IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control) et le backstepping. Les trois contrôleurs sont testés en présence et en absence d’incertitudes. Leur performance est démontrée en simulation en utilisant Simulink-MATLAB, et expérimentalement via LabVIEW. / In the motorization field, electromechanical actuators are more and more employed. In particular, they are used to control the diesel engine air path. Such actuators have a very complex structure whose characteristics are generally protected by confidential agreements. This work firstly deals with the modelling and the identification of electromechanical systems, considering only one nonlinear phenomenon, i.e. the friction. Hence, two actuator categories are studied, and four identification procedures are designed allowing estimating both the system parameters and the friction coefficients. Effectiveness of the developed simulators is shown using Simulink-MATLAB, AMESim and LabVIEW. In order to evaluate the ageing impact on the actuator performance, this work secondly introduces two techniques of sensitivity analysis: ANOVA (Analysis Of Variance) and DOE (Design Of Experiments). These techniques are applied, in open and closed loop, to evaluate how the change in parameters may affect the output of such actuator. Both techniques lead to very similar results allowing validating the designed study.Finally, this work aims at the design of nonlinear friction compensation techniques. Therefore, three techniques are used: PI-Fuzzy controller, IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control) and the backstepping. All controllers are tested with and without uncertainties. Their effectiveness is shown in simulation, using Simulink, and experimentally via LabVIEW.

Dans un contexte actuel de diminution des pollutions sonores, et plus particulièrement des pollutions sonores introduites par le fonctionnement des machines électriques, nous avons développé durant cette thèse une méthode originale de réduction des vibrations dans les machines à réluctance variable. Des actionneurs piézoélectriques dimensionnés et placés de manière optimale sur la machine, et contrôlés à partir de la mesure de l'accélération vibratoire d'une ou plusieurs positions de celle-ci, permettent une diminution significative des vibrations. Durant cette thèse l'étude du dimensionnement et du placement de ces actionneurs, leurs contrôles optimaux ainsi que l'étude de l'applicabilité de la méthode de compensation ont été développés.

Mes travaux de recherche portent sur la modulation du frottement par des vibrations ultrasoniques générées au sein d'un contact solide en frottement sec. Une approche analytique basée sur les conditions de fretting entre solides élastiques associées à une sollicitation dynamique normale a permis de dégager les conditions de lubrification électroactive. Les fortes pressions de contact et les fréquences d'excitation élevées requises, nous orientent alors naturellement vers l'emploi d'actionneurs piézoélectriques. Sur le plan expérimental, une approche fondamentale sur tribomètre a été d'abord menée pour valider notre approche théorique. Si les applications potentielles de la lubrification électroactive sont nombreuses (actionneurs haptiques kinesthésiques, embrayage piézo électrique,. . . ), ces travaux ont été appliqués à la réduction des pertes par frottement dans un moteur à combustion interne sous l'impulsion du motoriste de Formule 1 ASIATECH.

Les microrobots à pattes déjà réalisés par microfabrication dans le monde sont très peu nombreux. A l'heure actuelle, à notre connaissance, on en compte six, certains sont terminés, d'autres sont en cours d'étude. Cette relative rareté s'explique en partie par la difficulté que représente l'intégration d'actionneurs sur de si petites structures. Les travaux présentés ici portent sur l'étude et la réalisation de la structure mécanique et du micro-actionnement d'un microrobot à pattes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la locomotion du microrobot et à son actionnement. Des micropattes ont été conçues, réalisées et expérimentées. Elles sont actionnées par deux bilames thermiques (en SU-8 sur Si) fonctionnant en opposition, qui leur procurent deux degrés de liberté. Les micro-actionneurs bilames thermiques ont été retenus pour leurs grandes amplitudes de déplacement, leur densité d'énergie importante et leur relative facilité de réalisation par microfabrication. La structure complète du microrobot a ensuite été réalisée de manière monolithique avec six micropattes et un corps en silicium. Ses dimensions hors tout sont de 3,5 mm de long, 6 mm de large et 0,5 mm de haut. Les expérimentations révèlent les bonnes performances de ce nouveau microrobot comparé à ceux déjà réalisés. Notamment, ce microrobot semble être le plus petit au monde possédant six pattes et se déplaçant sur un sol ne participant pas à sa locomotion. Il est aussi capable de supporter des charges importantes. La prochaine étape est l'intégration de la connectique sur le corps du microrobot. A plus long terme, on peut imaginer y intégrer son énergie, sa commande, des capteurs, voire des organes de télécommunication. Ce microrobot pourra être utilisé dans l'exploration d'environnements confinés, dans le microconvoyage ou pour l'auto-implantation de fonctions dans des systèmes complexes.

Dans un actionneur électromagnétique, le circuit magnétique joue le rôle indispensable de canalisateur de flux pour diriger l'énergie magnétique dans la zone souhaitée (l'entrefer). Au sein de ce circuit magnétique, des énergies de différente nature, sont transformées, stockées, échangées et dissipées. Les performances de l'outil informatique pour représenter les régimes transitoires et les pertes sont liées à la précision avec laquelle sont évaluées simultanément toutes ces formes d'énergie. Ce constat impose au modèle d'être à même de décrire, en régime dynamique, tout l'historique de l'aimantation du matériau.<br />Notre travail a consisté à développer des outils de simulation dans lesquels le circuit magnétique est au coeur de la conversion énergétique. Des hypothèses simplificatrices ou/et des couplages de méthodes à priori ou en temps réel nous autorisent à étudier les régimes transitoires à l'intérieur de ces circuits et à en évaluer les pertes.<br />Le couplage de méthodes de représentation ainsi que les hypothèses y attenant est décrit au fil des chapitres. Les résultats obtenus permettent l'analyse minutieuse du rôle du circuit magnétique pour plusieurs systèmes à vocation industrielle ainsi que la réflexion sur d'éventuelles améliorations à apporter à ces systèmes.

Les domaines du génie biologique et médicale sont considérés, à terme, comme l'un des secteurs privilégiés d'application des microsystèmes. Le sujet de thèse consiste en la conception et la réalisation d'une unité d'analyse chimique comprenant une micropompe actionnée par une résistance thermique dont le rôle est de permettre l'acheminement d'un fluide vers un multi-capteur d'analyse physico-chimique (pression, ISFET, température,...). Le projet européen Barmint (1) nous sert de support dans la conception et la réalisation d'un démonstrateur intégrant notamment les composants ci-dessus. L'originalité d'un tel procédé est de réaliser, sur un même substrat de silicium poli double face, une membrane (micro-usinée grâce à une solution chimique) et de deux microvalves à sens unique qui contrôlent l'entrée et la sortie du fluide. Ces valves sont obtenues après dépôts LPCVD et gravures par plasma du silicium polycristallin. Nous aborderons en détails toutes les étapes technologiques de réalisation de la micropompe et des microvalves. Nous nous intéresserons surtout aux problèmes de compatibilités de ces technologies avec les techniques VLSI. La réalisation d'un démonstrateur sera présentée. Les aspects simulations et modélisations thermiques et mécaniques de la micropompe seront abordes pour l'optimisation . Ce travail ouvre des perspectives quant à la conception et la réalisation de futurs microsystèmes pour des applications spatiales, médicales.

Ce travail de recherche traite des alliages à mémoire de forme (AMF) utilisés en tant qu'actionneurs dans les microrobots et les microsystèmes. Parmi les AMF, l'alliage de nickel-titane (NiTi) est notamment un très bon candidat au micro-actionnement, car il est capable de développer un travail mécanique très important, en comparaison avec d'autres matériaux actifs. Cependant, la température étant sa grandeur de commande, le temps de réponse de l'AMF est grand. De plus, il est difficile de contrôler précisément ses déplacements, car il reste très sensible aux conditions thermiques extérieures. Aussi, ce travail présente une étude thermique détaillée, fondée sur le modèle physique de comportement d'un AMF, des deux principaux moyens de chauffage et de refroidissement du matériau : l'effet Joule et l'effet Peltier. Cette étude a abouti à la réalisation d'un micro-actionneur à effet Peltier intégré (nommé module $\Omega$ Peltier). Cet actionneur original a la particularité de rendre l'AMF moins sensible aux variations de la température extérieure et peut donc fonctionner en milieu confiné, ce qui est impossible avec un actionneur à effet Joule. Un simulateur numérique, mis au point dans cette étude, permet de comprendre et de prédire le comportement thermomécanique du module $\Omega$.

Le travail concerne l'introduction de certaines notions d'analyse asymptotique (détectabilité, stabilisabilité, observateur) régionale pour une classe de systèmes distribués. Diverses propriétés et caractérisations ont été établies, en particulier en relation avec la structure des capteurs et des actionneurs.

Les dispositifs de stimulation tactile sont des systèmes destinés à fournir un retour sensoriel à leurs utilisateurs. Ils enrichissent les interfaces homme-machine dans les applications de réalité virtuelle ou augmentée. Ce mémoire traite de l'apport des microsystèmes électromécaniques (MEMS) actionnés magnétiquement à la réalisation d'interfaces de stimulation tactile facilement intégrables.Un état de l'art des solutions d'actionnement mises en œuvre dans les dispositifs existants est proposé, ainsi qu'une définition des besoins pour les applications visées. Les solutions retenues sont basées sur l'actionnement magnétostatique.Les premiers prototypes d'interfaces de stimulation tactile se présentent sous la forme d'un réseau de 4x4 actionneurs élastomériques hybrides avec un pas de 2 mm, combinant microfabrication et techniques de fabrication conventionnelles. La conception et l'élaboration de ces micro-actionneurs est présentée en détail. L'actionnement impulsionnel permet d'atteindre des amplitudes de vibration importantes (jusqu'à 200 µm) et des forces élevées (32mN par actionneur). Des tests sensoriels confirment enfin leur efficacité. Des micro-bobines ont aussi été développées afin de répondre aux besoins des micro-actionneurs magnétiques, ainsi qu'au cahier des charges des interfaces de stimulation tactile. Diverses configurations de micro-bobines adaptées à l'actionnement de puissance sont proposées et réalisées par électrodéposition. Des micro-actionneurs basés sur ces bobines intégrées ont alors été réalisés, puis caractérisés. L'utilité des bobines pour les micro-actionneurs de puissance est alors discutée face aux solutions d'actionnement hybride

Ce travail propose une méthode de compensation des vibrations à l'aide d'actionneurs piézoélectriques appliquée à des structures type stator de machines à réluctance variable, dans le but d'en diminuer le bruit acoustique. L'étude précise la problématique du bruit émis par ces machines, et analyse les composantes de vibration à compenser. L'introduction des actionneurs piézoélectriques et leur utilisation pour la compensation des vibrations nous ont amené à développer un modèle analytique de l'action des pastilles sur la structure. Ce dernier est comparé aux résultats obtenus par la méthode des éléments finis, puis utilisé afin d'optimiser le dimensionnement et le placement de ces actionneurs. Plusieurs contrôleurs numériques sont développés et testés sur des prototypes expérimentaux pour valider l'efficacité de la solution. Enfin, une étude de l'effet d'échelle pour évaluer la viabilité de cette compensation sur des structures plus importantes termine le mémoire.