Conception et Miniaturisation de composants et systèmes RF volumiques en fabrication additive avec impression 3D

Soutenance de thèse de Bastien PERES, pour une thèse de doctorat de l'Université Grenoble Alpes, spécialité  " OPTIQUE et RADIOFREQUENCES  "

Mots-clés :
Systèmes RF,Conception,fabrication additive

Résumé :
Les télécommunications satellites à l’instar des télécommunications terrestres permettent detransmettre une information d’un endroit de la Terre à un autre. Dès lors que plusieurs émetteurs etrécepteurs se partagent une bande de fréquences limitée, chacun est une source de bruit pourl’autre et il est nécessaire de définir des canaux de communication entre eux, réalisés physiquementpar des filtres Radiofréquences (RF), afin de limiter le bruit pour chaque communication. Un filtredoit supporter des niveaux de puissance élevés, être très sélectif selon son rôle et le plus compactpossible. La nécessité d’une bonne tenue en puissance au sein des satellites oblige à utiliser desfiltres basés sur la technologie volumique de guide d’ondes métallique et ce en dépit de leur masseet de leur grand volume. Il est donc primordial de rendre aussi compact et léger que possible lescomposants d’un satellite pour répondre aux besoins du marché et potentiellement prolonger ladurée de vie des futures satellites. L’évolution des technologies de fabrication des composants àbase de guides d’ondes volumiques permet d’améliorer les aspects de compacité et de légèreté etdonc d’efficacité d’un satellite. Deux grandes familles de technologies de fabrication sont aujourd’hui
disponibles pour réaliser des filtres à cavités : la fabrication soustractive et la fabrication additive. Lafabrication soustractive a pour principe d’usiner dans la matière à l’aide d’un outil de coupe pourobtenir la forme souhaitée, là où pour arriver à la même géométrie en fabrication additive, la pièceest formée par l’empilement de couches de matière successives. L’utilisation d’un outil de coupe enfabrication soustractive nécessite d’accéder à la zone à usiner rendant impossible la fabrication d’unfiltre en une seule pièce et limite les géométries usinables principalement au rectangle, à l’ellipse età la sphère. Pour réaliser un filtre, il serait nécessaire d’usiner au moins deux pièces et de lesassembler dans un second temps. Au sein de chaque pièce usinée, une partie, a pour seule fonctionl’alignement des pièces entre elles et l’ajout de brides peut être nécessaire pour visser les pièces lesunes aux autres. La fabrication additive se propose comme une solution répondant à ces limitesavec la possibilité de fabriquer des filtres couche par couche en une seule pièce enlevant ainsi levolume et le poids des éléments qui ne servent qu’à assembler deux pièces entre elles. Lesdifférentes techniques de fabrication additive permettent de fabriquer des filtres avec une fortesélectivité et de laisser une plus grande liberté dans la géométrie des filtres à concevoir comparée àla fabrication soustractive avec néanmoins des limites techniques au niveau de la rugosité desurface et sur les formes réalisables physiquement. L’entreprise AML Microtechnique Lorraine fournitdepuis plusieurs décennies des guides d’ondes métalliques creux pour le domaine destélécommunications spatiales utilisés dans la charge utile d’un satellite. L’évolution des technologiesde fabrication additive provoque un fort intérêt pour fabriquer des composants métalliquesvolumiques avec une forte amélioration de la rugosité de surface sur les fabrications à base depoudre métallique. Les travaux de recherche développés durant cette thèse rentrent au sein duprojet « Innovative Post Process and Microwave Design » (I2PMD) de l’entreprise AMLMicrotechnique Lorraine en collaboration avec le Centre de Radiofréquences Optique et Micronanoélectronique des Alpes (CROMA). Ces travaux ont 2 objectifs principaux:
 

• Concevoir des filtresinnovants et compacts en utilisant les technologies de fabrication additive.
• Tester le procédé derevêtement argent appelé Liquid Chemical Suspension (LiCS) avec les différentes structuresfabriquées pour développer son utilité sur des systèmes volumiques.

Membres du jury :

• M. Tan Phu VUONG, Grenoble INP- UGA : Directeur de thèse
• M. Anthony GHIOTTO, Bordeaux INP : Rapporteur
• M. Hervé AUBERT, Toulouse  INP : Rapporteur
• Mme Anne VILCOT, Grenoble INP - UGA  : Examinatrice
• M. Ludovic BURGNIES, Université du Littoral Côte d'Opale : Examinateur
• M. Yvan DUROC, Université Claude Bernard - Lyon 1 : Examinateur
• M. Tarek DJERAFI, Institut national de la recherche scientifique : Examinateur
• Mme Erika VANDELLE Thales Research & Technology : Examinatrice
• M. Régis LIMBACH, AML Microtechnique Lorraine : Invité
• M. Alejandro NIEMBRO, Schneider Electric : Invité