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Nicollet, Andréa. De l'étude de l'initiation de nanolaminés réactifs Al/CuO par point chaud à l'intégration de pyroMEMS pour la sécurité

Nicollet, Andréa (2018). De l'étude de l'initiation de nanolaminés réactifs Al/CuO par point chaud à l'intégration de pyroMEMS pour la sécurité.

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Résumé en francais

Les matériaux énergétiques sont les seuls capables de générer une grande quantité d'énergie thermique ou mécanique en un temps très court (µs) suite à un stimulus électrique, mécanique ou thermique. Les matériaux conventionnels, tels que les propergols ou les explosifs, largement utilisés dans les systèmes pyrotechniques actuels sont impactés par les nouvelles normes de sécurités et les restrictions environnementales. Parmi les matériaux nouvellement explorés, les nanothermites (constituées d'un mélange d'aluminium Al et d'un oxyde métallique, ici l'oxyde de cuivre CuO, tous deux dans des dimensions nanométriques) sont particulièrement prometteurs. En réponse à un stimulus, une réaction d'oxydoréduction s'opère, libérant une énergie importante sous forme de chaleur. Le LAAS a été parmi les premiers en France à percevoir la nécessité de trouver des solutions de matériaux énergétiques intégrables en technologie couches minces pour être compatibles avec l'intégration ultime et remplacer, quand cela est possible, les compositions primaires des initiateurs. Aujourd'hui un procédé par pulvérisation cathodique est disponible pour le dépôt de couches énergétiques constituées d'alternance de nanofeuillets d'aluminium (Al) et d'oxyde de cuivre (CuO). Cette thèse a pour objectif de consolider cette technologie de dépôt de couches minces énergétiques, mise au point lors de thèses précédentes, et de promouvoir les applications, notamment par la démonstration de deux dispositifs de sécurité en étroite coopération avec des industriels. Nous avons, d'une part, étudié expérimentalement l'initiation de la réaction thermite Al/CuO par un fil chaud en titane directement en contact avec le matériau nanothermite multicouches. Nous avons montré que les conditions d'initiation de la nanothermite étaient largement influencées par les caractéristiques électriques appliquées aux bornes du fil chaud, mais aussi par la surface de chauffe et la composition de la nanothermite. Les résultats de cette étude publiés dans la revue 'Journal of Applied Physics' ont permis une meilleure compréhension de l'initiation des nanothermites Al/CuO multicouches par point chaud et surtout l'établissement de règles de conception des initiateurs à nanothermite multicouches. D'autre part, les puces d'initiation à nanothermite appelées ici pyroMEMS, ont ensuite été optimisées, fabriquées et intégrées dans deux dispositifs pyrotechniques de sécurité : un inflammateur pour générateur de gaz et étoupille, et un sectionneur de circuit très rapide (< 100 µs). L'interfaçage entre les nanothermites et les deux applications a été étudié et des puces permettant d'assurer les critères de robustesse et de fiabilité souhaités ont été développées.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Rossi, Carole
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Al/CuO - Nanothermites - PyroMEMS
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :01 Mar 2019 11:08