Micro-fabrication de sondes ultrasonore piezoélectriques d'architecture complexe pour l'imagerie 3D

 

Nicolas Quaegebeur

Université de Sherbrooke

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2019-2020

L'imagerie ultrasonore tridimensionnelle (3D) est une modalité en plein développement dans le domaine biomédical (échographie) et le Contrôle Non-Destructif (CND) de structures aéronautiques ou civiles. Afin de réaliser cette opération, une matrice de capteurs et d'actionneurs piezoélectriques (>10,000 pixels) répartis sur une surface est requise afin de former une sonde bidimensionnelle (2D), permettant un balayage de l'espace de manière électronique. La connexion d'un nombre d'éléments aussi élevé constitue un véritable défi technique, de telle sorte qu'il est nécessaire de proposer des méthodes alternatives de conception et de réalisation de sondes possédant des éléments répartis de manière parcimonieuse (« sparse »).

L'utilisation récente de solutions de micro-usinage laser de grande précision pour la fabrication de transducteurs multi-éléments de formes complexes a démontré le potentiel pour la découpe locale d'électrodes et même la découpe de céramiques piézoélectriques de faible épaisseur. L'extension de ces techniques à la fabrication de sondes complexes (multi-matériaux, patrons de surfaces, découpe profonde, séparation des couches émissions et réception) est la méthodologie envisagée dans le cadre de ce projet afin de réduire la complexité et permettre la fabrication de sondes parcimonieuses.

Dans le cadre du programme d'établissement de la relève professorale, la conception, la fabrication et la validation expérimentale de sondes ultrasonores de géométries complexes à l'aide de techniques de micro-usinage laser sont abordés. Ces activités de recherche initient un nouvel axe de recherche de l'équipe ultrasons du Groupe d'Acoustique de l'Université de Sherbrooke (GAUS). Cet axe vise la fabrication, la caractérisation et l'utilisation de sondes ultrasonores aux performances avancées (configuration géométrique, assemblage, propriétés électriques, réduction du nombre de transducteurs) pour l'imagerie biomédicale (échographie) ou industrielle (NDT, génie civil).

Les objectifs spécifiques de ce projet sont de :

  • Développer les méthodes de micro-fabrication et valider les performances de ce type de sonde.
  • Modéliser et prédire les performances électriques, thermiques et acoustiques de sondes piézoélectriques multi-éléments d'architecture tridimensionnelle complexe.

Ces deux objectifs complémentaires seront adressés de front au cours de ce projet en suivant les trois axes de recherche visant : 1) La conception et modélisation multi-physique de sondes ultrasonores d'architecture complexe, 2) Le développement des procédés de micro-usinage laser et le prototypage de sondes et 3) La validation expérimentale des performances des sondes multi-éléments d'architecture complexe.

Ces techniques novatrices de micro-fabrication de géométries parcimonieuses permettront la mise en place et la future mise en marché des méthodes d'imagerie ultrasonore 3D pour différents milieux d'application allant de l'imagerie médicale à l'inspection de structures industrielles.