Approche temporelle de la simulation et de la caractérisation des transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés

Les transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés sont aujourd'hui une nouvelle alternative à la transduction d'ondes ultrasonores. En comparaison avec la technologie piézo-électrique, ils offrent des potentialités en termes de production, de miniaturisation et d'intégration d'une électronique associée mais aussi en termes de performances. Néanmoins,leur mise en œuvre n'en est encore qu'à ces balbutiements et la compréhension de leurs comportements nécessite d'être approfondie. C'est dans ce cadre que s'inscrit le présent travail de thèse. Nous proposons, dans un premier temps, à l'aide d'un modèle numérique basé sur une mécanique linéaire de plaques multicouches, d'étudier l'effet des contraintes initiales sur le comportement statique. Dans un second temps, l'impact de la non-linéarité de la dynamique d'une cellule, puis d'un réseau de cellules, est étudiée en s'appuyant à la fois sur des mesures d'interférométrie et sur un modèle temporel intégrant les effets du fluide. Enfin, nous proposons une optimisation de l'excitation et l'utilisation de ces dispositifs en régime forcée pour la génération d'onde basse fréquence dans l'air et dans l'eau.Capacitive tvIicromachined Ultrasound Transducers (cMUTs) are today a new alternative for the generation of ultrasonic waves. Compared lo the piezoelectric technology, theyoffer some potentialities in terms of reliability, production, miniaturization and electronicintegration but also in term of acoustic performance. Nevertheless, their implementationis relatively new and the understanding of their static and dynamic behaviors needs to bestudied further. This is in this context that this PhD is developed. We propose, in a firsttime, with the help of a numeric model based on the linear mechanic theory of multilayeredplates, to study the impact of initial stresses on the static behavior. In a second time, the impact of the nonlinearity on the dynamic of the cell first, and a cell array next, is studiedwith the help of a temporal model and measurements made by laser interferometry both.Finally, thanks to this dynamic study, a new operation mode of cMUTs is identified andverified. This one is based on the use of forced regime in air and water of these device togenerate low frequencies ultrasonic waves.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

A Boundary Element Model for CMUT-Arrays Loaded by a Viscoelastic Medium

International audienc

Sonde Hybride Bi-Fréquence -Émission cMUT/Réception P(VDF- TrFE)- pour l’Imagerie Harmonique

L’imagerie harmonique est aujourd’hui un standard en pratique clinique. Elle consiste à émettre des ultrasons à une fréquence f<sub>0</sub> et de les recevoir à 2f<sub>0</sub>. De plus, l’utilisation de microbulles (agents de contraste) permet d’obtenir des images échographiques avec un contraste amélioré et l’imagerie super-harmonique d’exploiter en réception des harmoniques jusqu’à 7f<sub>0</sub> pour des applications haute-résolution comme l’angiographie. Dans ce cas, l’écart de fréquence entre l’émission et la réception ne permet plus d’effectuer correctement ces deux fonctions en utilisant un seul et même transducteur. Le choix de combiner deux technologies de sondes ultrasonores pour répondre à cette problématique peut être une solution : le P(VDF-TrFE) est un copolymère piézoélectrique sensible en réception sur une très large gamme de fréquences. Néanmoins, son manque de puissance à l’émission nécessite d’utiliser une autre technologie comme un cMUT. Sa bande passante est moindre mais reste généralement supérieure à celle d’un transducteur intégrant un matériau piézoélectrique classique. Premièrement, les transducteurs sont étudiés séparément. Le champ de pression de la barrette de 128 éléments de cMUT (f<sub>c</sub>=7MHz) est mesuré afin de s’assurer que le volume insonifié est supérieur à la taille d’une tumeur de 4mm<sup>3</sup> avec une pression négative minimale de 300kPa à 1,7cm pour obtenir un index mécanique supérieur à 0,3 pour l’excitation des microbulles. La barrette est caractérisée sur sa bande de fréquence 5-10MHz pour s’adresser à différentes familles de microbulles. La barrette à base de P(VDF-TrFE) constituée de 32 éléments est caractérisée en réception sur la gamme 5-40MHz. Un banc in-vitro est réalisé et utilisé avec des bulles MicroVevo Marker™ afin d’obtenir une image en utilisant des formations de faisceau standard (ici, compounding) mais adaptées à la configuration de la sonde unifiée. Les résultats montrent clairement l’intérêt de ce dispositif pour améliorer la résolution de l’image obtenue