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Accueil > La recherche > Département Méthodes pour l’ingénierie des systèmes (MIS) > Projets institutionnels ou industriels (Dépt MIS d’Ampère)

NEXT4MEMS (2017-2020) : Capteurs inertiels MEMS de haute performance

par Laurent Krähenbühl - publié le , mis à jour le

Un projet soutenu par BPI France (la banque française d’investissement public) dans le cadre du pôle de compétitivité Minalogic "PSPC" (Projet de Recherche et Développement Structurants pour la Compétitivité).

Programme Minalogic : PSPC
Coordinateur pour Ampère : Anton Korniienko (Ampère)
Mots-clés : Capteurs inertiels, MEMS, Accéléromètre, Gyroscope, Asservissement, Outils de Conception

Projet en cours : 12/2016-2020 (4 années)
Budget : 20M€ (dont 9M€ apportés par la BPI) ; 1M€ pour Ampère
Noter que le budget affecté à Ampère est essentiellement destiné à financer des forces humaines (notamment 4 doctorats).

Partenaires : Tronics Microsystems, ASYGN, iXblue, Onera

Résumé du projet scientifique

Enjeux
L’enjeu du projet NEXT4MEMS est d’établir une filière MEMS Inertiel Silicium Française, compétitive, pérenne, répondant à l’essentiel des besoins haute performance et bénéficiant à l’ensemble des acteurs de l’inertiel. Cet enjeu tant technique qu’économique est d’importance car les centrales inertielles de « haute performance » sont les seuls dispositifs permettant de reconstruire une trajectoire ou de calculer un positionnement absolu, à partir d’un point de départ, d’une manière autonome, sans interaction externe.

Contexte et ambition
L’ambition du projet NEXT4MEMS est d’associer les principaux acteurs français de l’inertiel « haute performance », pour développer deux nouvelles familles de produits inertiels, « next4mems Performance » et « next4mems Compétitivité », composants accéléromètres et gyromètres et Unité de Mesure Inertielle (UMI ou encore Centrale Inertielle) à base de MEMS Silicium. Le but est de créer des leaders mondiaux, tant performances que prix, face aux principaux acteurs du marché (Honeywell, AIS-UTC et ADI aux Etats-Unis, SENSONOR en Norvège).
Le projet NEXT4MEMS vise donc à développer des capteurs et centrales inertiels MEMS silicium permettant de réaliser une fonction de navigation. Pour cela, deux objectifs complémentaires, et contribuant à la Nouvelle France Industrielle, sont poursuivis :
• Objectif « COMPETITIVITE » : Développer des systèmes de « navigation hybridée » compétitifs à base de MEMS pour les nouvelles applications de cartographie numérique terrestre, la navigation sans GPS et les véhicules de transports intelligents. Cet objectif répond à la solution « Mobilité Ecologique ».
• Objectif « PERFORMANCE » : Améliorer les performances des accéléromètres et gyromètres MEMS silicium d’un facteur 10 pour la nouvelle génération d’aéronefs et de drones civils en « navigation autonome ». Cet objectif répond à la solution « Transports de Demain ».
Une retombée indirecte sera aussi de renforcer l’offre industrielle française sur la famille de composants MEMS inertiels, composants critiques pour l’aéronautique, l’automobile et la défense dont ils conditionnent la capacité d’innovation et la compétitivité. Cette retombée indirecte contribue à l’« Industrie du Futur ».


Implication du Laboratoire Ampère

Afin de réaliser le niveau de performance requis dans ce projet PSPC, les centrales inertielles considérées devront être opérées dans une boucle de rétroaction. Sa conception est traditionnellement basée sur les méthodes de l’automatique classiques qui exploite une modélisation où les couplages (caractère multi-entrées multi-sorties), le caractère non-linéaire et les variations des conditions de l’environnement (variation de la température) sont en général négligés. Les garanties de performance sont alors limitées : le meilleur compromis en terme de performance mais aussi de coût, contraintes de réalisation ou encore complexité est difficile à atteindre.
Pour assurer le meilleur compromis, des méthodes d’automatique de conception ont été récemment développées, le haut niveau de performance étant garanti dès l’étape de conception. Elles sont basées sur la formalisation de la performance dans le domaine fréquentiel et l’utilisation de la norme H_∞, l’identification pour la commande, la prise en compte de variations ou non-linéarités ainsi que l’optimisation convexe. Cela a permis de proposer des méthodes de conception pour de nouvelles architectures de capteurs inertiels, ou de (réseaux de) PLL ou boucle(s) à verrouillage de phase. Au-delà de l’obtention d’un dispositif performant, l’enjeu est de proposer une méthode de conception efficace associée accessible à un ingénieur non spécialisé en Automatique, doté des bases usuelles en Electronique sur le domaine fréquentiel.

Personnels permanents :
- A. Korniienko, MCF ECL
- X. Bombois, DR CNRS
- G. Scorletti, PR ECL
- P. Massioni, MCF INSA
- L. Bako, MCF ECL (HDR)
- Giacomo Casadei, MCF ECL

Doctorants :
- Kévin Colin : Joint identification and control of MEMS sensors
- Fabricio Saggin : Robust Control for MEMS Inertial Sensor
- Jorge Ivan Ayala : Performance validation of MEMS sensors using nonlinear uncertain models
- Federico Morelli : Towards a joint identification and control procedure tackling the static nonlinearities of MEMS sensors