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PA - C7 - MEC572 : Mécanique aux micro et nano échelles

Descriptif

La miniaturisation des systèmes ne s’est pas limitée à la fabrication de processeurs plus performants, elle a aussi eu de nombreuses applications en micro et nanomécanique des solides et des fluides : les accéléromètres présents dans tous les smartphones ou airbags, les capteurs chimiques ou biologiques basés sur des résonateurs micro-mécaniques ou les laboratoires sur puce pour des diagnostics plus rapides à moindre coût. Des applications existent aussi à plus grande échelle, en intégrant des capteurs multiples dans les constructions mécaniques, ou en concevant des membranes fluidiques permettent la récupération et le stockage d’énergie décarbonnée. 

Au-delà de la prouesse technologique de la miniaturisation, de nouvelles propriétés des matériaux émergent à ces échelles. Même si les lois classiques de la mécanique (équation des poutres, équation de Stokes…) restent valides, d’autres phénomènes, prenant leur origine aux interfaces, deviennent tout aussi importants comme par exemple les interactions de Van der Waals ou électrostatiques. De nouveaux couplages mécaniques apparaissent alors, parfois néfastes (forte friction, collage), parfois utiles (actuation électromécanique des solides et des fluides).

Ce cours se propose, par des exemples concrets, de montrer les spécificités de la mécanique des solides et des fluides aux micro et nano-échelles, et d’initier une culture générale dans les nanotechnologies associées, leurs avantages et leurs limitations. Il comporte une courte partie théorique (2 séances) pour introduire les phénomènes pertinents à ces échelles, et les aspects pratiques à la fabrication des systèmes et leur fonctionnement : comment fabriquer des dispositifs ? les observer ?  les manipuler ? les dimensionner ? Une visite de laboratoire ou une conférence d’un chercheur ou d'un industriel utilisant ces technologies sera programmée pour découvrir les instruments et les problématiques actuelles.

L’essentiel du travail est ensuite organisé sous forme de mini-projets expérimentaux, pour concevoir, réaliser et mesurer les performances de dispositifs fonctionnels, que ce soit des démonstrateurs réels, des outils pour des mesures micro-nano ou des maquettes macroscopiques reproduisant les phénomènes à petite échelle. Placé en fin de scolarité, cet enseignement permet également de confronter ses connaissances théoriques à des questions complexes. 

Voici quelques exemples de sujets envisagés :

Capteurs :

  • Création et caractérisation d’un accéléromètre. Avantages et inconvénients de la miniaturisation ?
  • Piéger des particules avec un laser : étude micro-rhéologique d’un milieu avec une pince optique.
  • Réaliser une balance pour peser 100 pg (1e-10 g)
  • Construction d’un microscope à force atomique ou à effet tunnel

Membranes et récupération d’énergie (couplage électrostatique-écoulements) :

  • Dispositif permettant d’allumer une lampe avec une membrane, de l’eau et un ventilateur.
  • Générateur électrique à eau salée
  • Générateur triboélectrique à eau de pluie.

Numerus clausus: 12

Modalités d'évaluation : Présentation des résultats obtenus lors d'une soutenance sous la forme d'un mini-colloque devant les autres groupes.

Langue du cours : Français ou Anglais

Credits ECTS : 4

Mise à jour : 14 avril 2020

effectifs minimal / maximal:

/20

Diplôme(s) concerné(s)

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

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