[ooi] L'invention concerne un dispositif et un procédé de génération d'une seconde variation ΔΤ ₂ de température à partir d'une première variation ΔΤΊ de température.

[002] De tels dispositifs ont de très nombreuses applications. Par exemple, ces dispositifs s'avèrent utiles :

- pour accroître le rendement des dispositifs qui génèrent de l'électricité à partir d'une variation de température,

- pour annuler ou limiter les effets néfastes de la variation ΔΤΊ de température en générant une variation ΔΤ ₂ de température de sens opposé, ou

- pour amplifier la variation ΔΤι de température.

[003] De l'état de la technique est connu de : US2005/205125A1, US2011/193449A1, US2010/164331A1, US6367281B1, US2009/322184A1, US2007/063613A1, US2011/215590A1, US2003/006668A1, US2009/315335A1.

[004] L'invention vise à proposer un dispositif simple de génération de la variation ΔΤ ₂ de température à partir de la variation ΔΤι de température. Elle a donc pour objet un tel dispositif conforme à la revendication 1.

[005] L'utilisation d'un élément suspendu capable de faire varier d'au moins Δσ MPa la contrainte appliquée à la couche en matériau élastocalorique en réponse à la variation ΔΤΊ de température, permet simplement de générer la variation ΔΤ ₂ à partir de la variation ATi de température.

[006] Dans la suite de cette description le terme « contrainte » désigne une contrainte mécanique. La contrainte mécanique est également connue sous le terme anglais de « stress ».

[007] Les modes de réalisation de ce dispositif peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes.

[008] Ces modes de réalisation du dispositif présentent en outre les avantages suivants :

- associer l'élément suspendu à un transducteur apte à convertir les déformations de l'élément suspendu en énergie électrique, permet d'obtenir un dispositif efficace pour générer de l'électricité à partir d'un gradient de température ;

- la réalisation de l'élément suspendu sous la forme d'un bilame permet simplement de transformer la variation ΔΤΊ de température en une variation de la contrainte mécanique appliquée sur la couche en matériau élastocalorique supérieure à Δσ;

- utiliser la couche en matériau élastocalorique pour former l'une des couches du bilame simplifie la fabrication de ce dispositif ;

- associer la couche de matériau élastocalorique à un élément suspendu oscillant permet de limiter la variation de fréquence de cet élément oscillant en réponse à la variation ΔΤΊ de température et donc de décroître la sensibilité de la fréquence d'oscillation vis-à-vis de telles variations de température ;

- choisir un matériau élastocalorique qui génère une variation ΔΤ ₂ de température de sens opposé et d'amplitude sensiblement égale à la variation ΔΤΊ de température permet d'augmenter l'insensibilité de la fréquence d'oscillation de l'élément suspendu à la variation ΔΤΊ de la température ambiante ou d'utilisation ;

- utiliser des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents pour réaliser l'élément suspendu et le substrat rigide sur lequel il est fixé, ou l'élément suspendu et le matériau élastocalorique, permet de générer facilement la contrainte dans la couche de matériau élastocalorique propre à générer la variation ΔΤ ₂ de température ;

- la présence de la couche en matériau élastocalorique interposée entre l'élément suspendu et le substrat permet simplement d'exercer de fortes contraintes sur cette couche en cas de variation de la température ambiante ΔΤΊ;

- choisir un matériau élastocalorique qui génère une variation ΔΤ ₂ de température de même sens que la variation ΔΤΊ permet d'amplifier la variation de température et donc de générer plus de chaleur.

[009] L'invention a également pour objet un procédé de génération d'une seconde variation de température à partir d'une première variation de température d'utilisation conforme à la revendication 15.

[ooio] Les modes de réalisation du procédé peuvent comporter la caractéristique de la revendication 16.

[ooii] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

- les figures 1 et 2 sont des illustrations schématiques d'un dispositif de génération d'électricité à partir d'une variation de température, respectivement, dans deux positions différentes ;

- la figure 3 est un procédé de génération d'électricité à l'aide du dispositif des figures 1 et 2 ;

- la figure 4 est un organigramme d'un procédé de fabrication du dispositif des figures l et 2 ;

- les figures 5 à 10 sont des illustrations schématiques et en coupe transversale de différentes étapes de fabrication du dispositif des figures 1 et 2 ;

- la figure 11 est une illustration schématique d'un dispositif de compensation d'une variation de température ; et

- la figure 12 est une illustration schématique d'un dispositif d'amplification d'une variation de température.

[ooi2] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0013] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.

[ooi4] La figure 1 représente un dispositif 2 de génération d'électricité à partir d'un gradient de températures. Pour cela, ce dispositif génère notamment une seconde variation ΔΤ ₂ de température à partir d'une première variation ΔΤΊ de température. Ici, le dispositif 2 est un MEMS (Micro Electro-Mechanical System). Ce dispositif 2 est donc fabriqué en utilisant les mêmes procédés de fabrication que ceux utilisés pour fabriquer des composants en microélectronique. Typiquement, il est fabriqué par dépôt et gravure de couches successives les unes au-dessus des autres. Ici, ces couches sont déposées sur un substrat 4 qui s'étend essentiellement horizontalement. Le substrat 4 est par exemple un substrat en silicium de plusieurs dizaines de micromètres d'épaisseur. La plus grande largeur horizontale du dispositif 2 est donc ici typiquement inférieure à 1 cm ou 5 mm. Sa hauteur, dans la direction verticale est typique inférieure à 5 mm ou 1 mm.

[ooi5] Le dispositif 2 comporte une cavité 10 délimitée par des parois verticales 12 et 13, une paroi horizontale supérieure 14 et une paroi horizontale inférieure 16. Ici, la paroi 16 est constituée par le substrat 4.

[ooi6] Les parois 14 et 16 sont également appelées par la suite, respectivement, parois chaude et froide. En effet, ces parois sont destinées à être chauffées à des températures, respectivement, T _c et T _f , où la température T _c est strictement supérieure à la température T _f de manière à créer un gradient vertical de température. Typiquement, lors du fonctionnement du dispositif 2, l'écart entre les températures T _c et T _f est supérieur à 10°C et, de préférence, supérieur à 30°C ou 50°C. A cet effet, la paroi 14 est directement en contact avec une source 18 de chaleur.

[ooi7] Par exemple, la source 18 est un circuit intégré capable d'exécuter des opérations arithmétiques tel qu'un microprocesseur. La source 18 peut aussi être formée par des canalisations dans lesquelles circule un fluide caloporteur plus chaud que la température ambiante. Dans le cas de canalisations, de préférence, celles-ci sont logées à l'intérieur même de la paroi 14.

[ooi8] Ici, l'essentiel des parois 12 et 13 et de la paroi 14 sont formées par les parois d'un capot rapporté sur un logement creux défini dans le substrat 4 afin de former la cavité 10. Le logement creux est délimité sur ses côtés verticaux par des cales 20, 21, par exemple en oxyde, et par la paroi 16.

[ooi9] Un élément 24 suspendu au-dessus du substrat 4 est logé à l'intérieur de la cavité 10. Ici, cet élément 24 est une poutre qui s'étend entre une extrémité ou bord proximal et une extrémité ou bord distal. L'extrémité proximale est ancrée sans aucun degré de liberté dans la paroi 12. L'extrémité distale est libre de se déplacer verticalement à l'intérieur de la cavité 10. La longueur de cette poutre est typiquement comprise entre 50 μιη et 1 mm. Sa largeur est comprise entre 1 μιη et 100 μιη. [0020] L'élément 24 est apte à se déformer entre une position haute, représentée sur la figure 1, et une position basse, représentée sur la figure 2 en réponse à la variation ΔΤΊ d'une température d'utilisation du dispositif 2. Dans la position haute, l'élément 24 est plus proche de la paroi 14 que dans sa position basse. A l'inverse, dans la position basse, l'élément 24 est plus proche de la paroi 16 que dans sa position haute.

[0021] Pour se déplacer entre les positions haute et basse, l'élément 24 est formé : - d'une couche inférieure 26 réalisée dans un matériau ayant un coefficient δι de dilatation thermique, et

- d'une couche supérieure 28 réalisée dans un matériau ayant un coefficient δ ₂ de dilatation thermique.

[0022] Les couches 26 et 28 s'étendent essentiellement de l'extrémité proximale vers l'extrémité distale. Elles sont fixées l'une sur l'autre sans aucun degré de liberté de manière à former un bilame. Ici, la couche 28 est précontrainte de manière à ce que l'élément 24 soit dans sa position haute lorsque la source 18 ne chauffe pas.

[0023] Dans ce mode de réalisation, le coefficient δ ₂ est supérieur au coefficient δι de manière à ce que sous l'effet d'une augmentation de la température, l'élément 24 se déforme de sa position haute vers sa position basse.

[0024] Une couche 30 en matériau élastocalorique est disposée directement sur l'élément 24. Un matériau élastocalorique est un matériau qui transforme une variation de contrainte mécanique en une variation de sa température interne. Ici, un matériau est considéré comme « élastocalorique » lorsqu'il a la capacité de faire varier sa température interne d'au moins 1°C et, de préférence, d'au moins 5 ou 10°C en réponse à une variation donnée Δσ de la contrainte appliquée sur ce matériau. Pour que la propriété du matériau élastocalorique soit non négligeable, il faut généralement que la variation donnée Δσ soit inférieure à 2GPa ou 5GPa ou lOGPa. Par ailleurs, typiquement, la variation donnée Δσ est souvent supérieure à 1 ou 10 MPa, voire, 1 GPa. Il existe de nombreux matériaux élastocaloriques. Par exemple, les matériaux suivants sont de matériaux élastocaloriques : les alliages de nickel et de titane (NiTi), les alliages FeRh, les polymères ferroélectriques, le Cu68.13Zn15.74Ali6.13 et le PZT (Titano-zirconate de plomb). Les propriétés élastocaloriques de ces matériaux proviennent souvent du fait qu'ils peuvent présenter deux phases cristallographiques appelées respectivement phase martensitique et phase austénitique par analogie aux aciers et la capacité de passer de l'une de ces phases à l'autre de façon réversible lorsqu'ils subissent une variation de contrainte. Le passage de l'une de ces phases à l'autre se traduit par un changement de la température interne du matériau élastocalorique.

[0025] Par exemple, l'étude des propriétés élastocaloriques du Cu68.13Zn15.74Ali6.13 peut être consultée dans l'article suivant : E. Bonnot, R. Romero, L. Manosa, E. Vives et A. Planes, «Elastocaloric effect associated with matensitic tansition in shape-memory alloys», PRL 100,125901, du

28 mars 2008.

[0026] En particulier, le graphe de la figure 1 de cet article indique qu'une variation de 35MPa de la contrainte mécanique appliquée sur le Cu68.13 n15.74Ali6.13 permet d'obtenir une variation de sa température de plus de 15°C. Des études similaires appliquées aux autres matériaux élastocaloriques cités ici permettent d'obtenir pour chacun d'entre eux la valeur de la variation donnée Δσ de contrainte qui permet d'obtenir une variation souhaitée ΔΤ ₂ de la température interne de ce matériau. Ces études permettent aussi de déterminer si la température interne augmente quand la contrainte mécanique augmente ou l'inverse. En effet, il existe aussi des matériaux élastocaloriques dont la température diminue lorsque la contrainte mécanique appliquée augmente.

[0027] La couche 30 est fixée sans aucun degré de liberté sur l'élément 24 pour : - subir la variation de contrainte causée par la déformation de cet élément entre les positions haute et basse, et

- échanger de la chaleur avec cet élément 24 par conduction thermique.

[0028] Par exemple, la couche 30 s'étend essentiellement le long de l'une des couches 26 ou 28 de l'élément 24. Ici, elle s'étend essentiellement directement sur la couche 28.

[0029] Dans ce mode de réalisation, le matériau élastocalorique de la couche 30 est choisi pour provoquer une baisse de sa température lorsque l'élément 24 se déforme de sa position haute vers sa position basse. Lors de cette déformation, la contrainte mécanique subie par la couche 30 diminue. Typiquement, la contrainte varie d'au moins 10 MPa et généralement de plus de 100 MPa ou 1 GPa. Le matériau élastocalorique choisi transforme cette variation de contrainte en une baisse de sa température interne.

[0030] Par exemple le matériau utilisé pour réaliser la couche 30 est le Cu68.13Zn15.7 Ali6.13. Dans la suite de cette description, on suppose que la variation souhaitée ΔΤ ₂ est d'environ 10°. Notons que pour ce matériau, cette variation souhaitée ΔΤ ₂ correspond à une variation donnée Δσ de contrainte d'environ 27 MPa d'après les études réalisées sur ce matériau.

[0031] Ici, l'élément 24 est agencé pour générer cette variation donnée Δσ (27MPa) de contrainte dans la couche 30 en réponse à la variation ΔΤΊ de la température d'utilisation. Dans ce mode de réalisation, la variation ΔΤΊ est une variation de la température d'au moins une des parois 14 et 16. A titre d'exemple, c'est la température de la paroi 14 qui varie. Cette variation est causée par la source 18 de chaleur. L'amplitude des variations est supérieure à 10°C et, de préférence, à 50°C. Cela correspond par exemple au passage d'un état inactif de la source 18 à un état actif. Dans la suite de cette description, à titre d'illustration, on suppose que la variation ΔΤι est de 50°C.

[0032] En réponse à cette variation ΔΤΊ, l'élément 24 se déplace entre ses positions haute et basse. Lors de ses déplacements, sa température augmente lorsqu'il se rapproche de la paroi 14 et, au contraire, diminue lorsqu'il se rapproche de la paroi 16. L'amplitude de la variation de température subie par l'élément 24 peut être estimée à partir de la connaissance des caractéristiques thermiques de la source 18 et du dispositif 2. Par exemple, ici, il est considéré que la température de l'élément 24 varie de plus de 10°C et, par exemple, de plus de 45°C entre sa position haute et sa position basse.

[0033] Typiquement, les dimensions de l'élément 24 et les matériaux des couches 26 et 28 permettant d'obtenir la variation donnée Δσ de la contrainte appliquée sur la couche 30 en réponse à la variation ΔΤΊ de la température sont déterminés de façon expérimentale. Par exemple, pour cela, des simulations numériques des déformations de l'élément 24 pour différentes dimensions et différents matériaux sont réalisées à l'aide de logiciels de simulation tels que des logiciels de simulation par éléments finis. Par exemple, le tableau suivant donne quelques résultats pour différents agencements de l'élément 24 obtenus par simulation numérique en prenant ΔΤι égal à 50°C.

N° de Agencement de l'élément 24 Contrainte l'agencement (L = Longueur, l=largeur, e= épaisseur ; ces dimensions sont Δσ

exprimées en μπι) générée en MPa

1 Couche 28 en Aluminium (L=80, 1=8, e=0,l) 40 Couche 26 en Silicium (L=200, 1=10, e=l)

2 Couche 28 en Si0 ₂ (L=80, 1=8, e=0,l) 20 Couche 26 en Silicium (L=200, 1=10, e=l)

3 Couche 28 en Si0 ₂ (L=100, 1=8, e=0,l) 27 Couche 26 en Silicium (L=200, 1=10, e=l)

4 Couche 28 en Si0 ₂ (L=110, 1=8, e=0,l) 18 Couche 26 en Silicium (L=200, 1=10, e=l)

[0034] D'après ce tableau, les agencements n°l et 3 de l'élément 24 permettent d'appliquer à la couche 30 la variation de contrainte nécessaire pour faire varier (ΔΤ ₂ ) sa température d'au moins 10°C lorsque la variation ΔΤΊ est de 50°C.

[0035] Ici, les couches 26 et 28 ne sont pas réalisées dans un matériau élastocalorique.

[0036] Enfin, le dispositif 2 comporte également un transducteur 34 capable de transformer les déformations de l'élément 24 en énergie électrique. Ici, le transducteur 34 est un composant piézoélectrique fixé sans aucun degré de liberté sur l'élément 24 pour transformer la variation de contrainte causée par ses déformations en énergie électrique. Par exemple, le transducteur 34 comprend :

- une électrode conductrice 36 directement déposée sur la couche 28,

- une couche 38 en matériau piézoélectrique déposée directement sur l'électrode 36, et

- une électrode conductrice 40 déposée directement sur la couche 38.

[0037] Pour simplifier l'illustration, les connexions électriques des électrodes 36 et

40 avec des plots extérieurs à la cavité 10 n'ont pas été représentées.

[0038] Le fonctionnement du dispositif 2 va maintenant être décrit plus en détail en référence au procédé de la figure 3.

[0039] En absence de gradient thermique entre les parois 14 et 16 et pour une température de l'air ambiant de 20°C, l'élément 24 est dans sa position haute.

[0040] Lors d'une étape 50, la source 18 est activée et se met à chauffer la paroi 14 tandis que la paroi 16 est en contact avec l'air ambiant. L'activation de la source 18 provoque la variation ΔΤΊ de la température de la paroi 14. Cela provoque également l'apparition d'un gradient de température entre les parois 14 et 16. Typiquement, ce gradient de température est supérieur à 30° et, ici, à 50°C.

[0041] En réponse, lors d'une étape 52, l'élément 24 qui se trouve dans sa position haute s'échauffe de ΔΤΊ. Sous l'action de cette augmentation de sa température interne, il se déforme de sa position haute vers sa position basse du fait de la dilatation différentielle des ses matériaux constitutifs. Lors de son déplacement, vers la position basse, sa température diminue car il s'éloigne de la paroi chaude 14 et se rapproche de la paroi froide 16. Le déplacement de l'extrémité distale lors de cette étape peut être calculé dans le cas d'une poutre. Par exemple, pour un tel calcul, on pourra se référer au livre suivant :

Emmanuel Defay, "Intégration of ferroelectric and piezoelectric thin films", Wiley, 2011

[0042] En parallèle, lors d'une étape 54, lors de la déformation de l'élément 24 de sa position haute vers sa position basse, la contrainte exercée sur la couche 30 diminue de Δσ. En réponse, la température du matériau élastocalorique de la couche 30 diminue également et produit donc une variation ΔΤ ₂ de sa température interne. Cette variation ΔΤ ₂ accélère et augmente le refroidissement de l'élément 24 par conduction thermique entre la couche 30 et les couches 26 et 28. Cette variation de température interne de l'élément élastocalorique ΔΤ ₂ s'oppose donc à la variation ΔΤΊ subie initialement par l'élément 24.

[0043] Lors d'une étape 56, sous l'action conjuguée du refroidissement causé par son éloignement de la paroi 14 et par la baisse ΔΤ ₂ de la température de la couche 30, l'élément 24 se déforme à nouveau pour retourner vers sa position haute. Les étapes 52 à 56 sont réitérées en boucle de sorte que l'élément 24 oscille lorsqu'un gradient de température est appliqué entre les parois 14 et 16. Ces oscillations peuvent être soit entretenues soit amorties. Lorsque ces oscillations sont amorties, si le gradient de température est maintenu constant indéfiniment, l'élément 24 tend à s'immobiliser après un certain nombre d'oscillations sur une position d'équilibre à mi- chemin entre ses positions haute et basse.

[0044] En parallèle des étapes 52 à 56, lors d'une étape 58 le transducteur 34 transforme les déformations mécaniques de l'élément 24 en énergie électrique. L'énergie électrique ainsi produite peut alors être utilisée pour alimenter un appareil électrique.

[0045] Un exemple de procédé de fabrication du dispositif 2 va maintenant être décrit en référence au procédé de la figure 4 et aux différentes illustrations des figures 5 à 10.

[0046] Le procédé débute par une étape 60 de fourniture d'un substrat SOI (Silicium On Insulator). Ce substrat est représenté sur la figure 15. Il se compose essentiellement, en allant du bas vers le haut, d'une couche de silicium correspondant au substrat 4 du dispositif 2, d'une couche d'oxyde 62 et d'une couche mince 64 en silicium. La couche 62 d'oxyde est par exemple réalisée en oxyde de silicium.

[0047] Ensuite, lors d'une étape 66, une couche d'oxyde 68 précontrainte est déposée sur la couche 64 de silicium. La contrainte exercée par la couche 68 est calibrée pour qu'à température ambiante, par exemple 20°C, l'élément 24 soit dans sa position haute. La contrainte dans la couche 68 peut être ajustée en jouant sur sa température ou sa vitesse de déposition par exemple. L'épaisseur de la couche 68 est typiquement comprise entre lOOnm et 50μιη et, de préférence, entre 200 nm et 10 ou 30 μιη. La couche 68 est par exemple en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium.

[0048] Lors d'une étape 70, la couche 68 est gravée pour former la couche 28 de l'élément 24 (voir figure 7).

[0049] Lors d'une étape 72, le transducteur 34 est réalisé sur la couche 64 à côté de la couche 28 (voir figure 8). Lors de cette étape 72, les électrodes 36 et 40 ainsi que la couche piézoélectrique 38 sont déposées et gravées de manière à obtenir le transducteur 34. Par exemple :

- la couche 36 est une couche de platine de 100 nm d'épaisseur,

- la couche 40 est une couche de ruthénium de 100 nm d'épaisseur, et

- la couche 38 est une couche en nitrure d'aluminium dont l'épaisseur est comprise entre 100 nm et 2,5 μιη.

[0050] Lors d'une étape 74, une couche de matériau élastocalorique est déposée et gravée sur la couche 28 de manière à former la couche 30. L'épaisseur de la couche en matériau élastocalorique est par exemple comprise entre 100 nm et 10 μιη (voir figure 9).

[0051] Lors d'une étape 76, les couches 64 et 62 sont gravées, par exemple par attaque chimique, pour former la couche 26 et libérer l'élément 24 (voir figure 10). Lorsque la couche 62 située sous la couche 64 est éliminée, l'élément 24 se déplace sous l'effet de la contrainte exercée par la couche 28 vers sa position haute.

[0052] Enfin, lors d'une étape 78, le capot formant les parois 12 à 14 est rapporté sur le substrat 4 pour délimiter la cavité 10. La source 18 de chaleur peut être fixée sur ce capot avant ou après que celui ne soit rapporté sur le substrat 4.

[0053] Ainsi, à l'issue de ce procédé, on obtient le dispositif 2 représenté sur la figure 1.

[0054] La figure 11 représente un dispositif 80 comportant un élément suspendu oscillant 82 compensé en température en mettant en œuvre une transformation d'une variation ΔΤΊ de la température d'utilisation en une variation souhaitée ΔΤ ₂ de température de sens opposé. Ici la température d'utilisation est la température ambiante. Par exemple, le dispositif 80 est un oscillateur ou un accéléromètre. Comme précédemment, ce dispositif 80 est de préférence fabriqué en utilisant les mêmes procédés que ceux utilisés en microélectronique. Typiquement, il est réalisé par empilement et gravure d'une succession de couches sur un substrat horizontal 86. Ici, ce substrat 86 est réalisé dans un matériau présentant un coefficient λι de dilatation thermique. Par exemple, le matériau du substrat 86 est du silicium.

[0055] Une cavité 88 est aménagée à l'intérieur du dispositif 80. Un élément suspendu 82 est logé à l'intérieur de cette cavité 88. La cavité 88 est délimitée par une paroi horizontale supérieure 90, une paroi horizontale inférieure et des parois verticales 91 et 92. La paroi horizontale inférieure est formée par le substrat 86. Les parois 90 à 92 sont celles d'un capot, par exemple, rapporté sur le substrat 86. Typiquement, le vide est réalisé à l'intérieur de la cavité 88 pour permettre l'oscillation de l'élément suspendu 82.

[0056] Dans ce mode de réalisation, l'élément 82 est une poutre qui s'étend horizontalement entre ses extrémités. Ces extrémités reposent chacune sur une cale, respectivement, 94 et 95. Par exemple, ces cales 94 et 95 sont réalisées en oxyde tel qu'un oxyde de silicium. Ces cales 94 et 95 sont fixées sans aucun degré de liberté sur le substrat 86. Ainsi, la partie centrale de l'élément 82 située entre ses extrémités est suspendue au-dessus du substrat 86 et peut se déplacer verticalement.

[0057] Ici, l'élément 82 est réalisé dans un matériau présentant un coefficient λ ₂ de dilatation thermique.

[0058] Dans ces conditions, comme pour le dispositif 2, sous l'action d'une variation ΔΤι de température, l'élément 82 se déforme entre une position contractée et une position dilatée. Par exemple, les matériaux de l'élément 82 et du substrat 84 sont choisis tel que le coefficient λ ₂ soit inférieur au coefficient λι de dilatation thermique. Dans ces conditions, si la température augmente, le substrat 86 exerce sur l'élément 82 une contrainte qui tend à l'étirer.

[0059] Le dispositif 80 comporte aussi un actionneur 96 apte à faire osciller l'élément 82 entre deux états nommés, respectivement, haut et bas. Dans l'état haut, la partie centrale de l'élément 84 est incurvée vers le haut et se rapproche donc de la paroi supérieure 90. Dans l'état bas, la partie centrale est incurvée vers le bas et se rapproche donc du substrat 86.

[0060] Sur la figure 11, l'élément 82 est représenté dans un état intermédiaire entre les états haut et bas dans lequel l'élément 82 s'étend horizontalement.

[0061] Par exemple, l'actionneur 96 est un actionneur électrostatique. A cet effet, il comporte une électrode 98 fixée sans aucun degré de liberté sur l'élément 82 et une autre électrode 100 fixée sans aucun degré de liberté en vis-à-vis de l'électrode 98 sur la paroi 90. Pour simplifier la figure 11, les connexions électriques entre ces électrodes 98 et 100 et l'extérieur de la cavité 88 n'ont pas été représentées.

[0062] Enfin, le dispositif 80 comporte une couche 104 en matériau élastocalorique déposée le long de l'élément 82 pour subir les contraintes mécaniques causées par la dilatation du substrat 86 en réponse à la variation ΔΤι de température. Ici, cette couche 104 s'étend continûment et directement le long de l'élément 88 entre ses deux extrémités pour échanger de la chaleur par conduction thermique avec cet élément 82. La couche 104 est située au-dessous la couche 82. Elle est donc interposée entre les extrémités de l'élément 82 et les cales 94 et 95.

[0063] Le matériau élastocalorique de la couche 104 est tel que, lorsqu'il est étiré dans sa direction horizontale, sa température interne décroît. De préférence, le matériau élastocalorique choisi permet d'obtenir une variation ΔΤ ₂ de température égale à plus ou moins 25 % près et, de préférence, à plus ou moins 10 ou 5 % près à l'inverse de la variation ΔΤι qui cause la déformation de l'élément 82 entre ses positions contractée et dilatée. Comme précédemment, le matériau élastocalorique et l'agencement de l'élément 82 sont déterminés expérimentalement à partir :

- d'abaques donnant la variation de la température interne de la couche 104 en fonction de la variation de la contrainte mécanique appliquée, et

- de simulations numériques donnant la variation de la contrainte appliquée sur la couche 104 en fonction de l'agencement de l'élément 82.

[0064] Par exemple, la variation donnée Δσ de la contrainte mécanique appliquée sur la couche 104 est calculée par simulation numérique pour une variation donnée ΔΤι de la température ambiante. Typiquement, on prendra une variation donnée ΔΤι supérieure à 10°C. Ensuite, on recherche s'il existe un matériau élastocalorique dont la température varie de ΔΤ ₂ en réponse à la variation donnée Δσ de la contrainte appliquée, où ΔΤ ₂ est égal à -ΔΤΊ à plus ou moins 25% ou 10% et, de préférence, 5% près. Dans l'affirmative, ce matériau est sélectionné pour réaliser la couche 104. Si aucun matériau élastocalorique présentant la variation ΔΤ ₂ souhaitée ne peut être trouvé, alors la géométrie ou le matériau de l'élément 82 est modifié pour modifier la valeur calculée de la contrainte donnée Δσ. Ensuite, les étapes précédentes sont réitérées jusqu'à ce qu'un agencement de l'élément 82 corresponde à un matériau élastocalorique existant pour réaliser la couche 104. [0065] Le fonctionnement du dispositif 80 est le suivant. L'actionneur 96 est alimenté avec une tension alternative, ce qui fait osciller l'élément 82 entre ses états haut et bas à une fréquence donnée. Chaque déformation de l'élément 82 vers l'état haut ou bas entraîne une déformation de la couche 104 et donc l'apparition d'une contrainte mécanique dans cette couche. Chaque variation de contrainte subie par la couche 104 est transformée en une variation de sa température interne. Toutefois, ces modifications de la température interne de la couche 104 ne modifient pas ou uniquement de façon négligeable la température de l'élément 82. En effet, les contraintes subies par la couche 104 causées par les oscillations de l'élément 82 sont dans un sens puis, en alternance, dans le sens opposé. Ainsi, la température de la couche 104 oscille entre deux températures avec la même fréquence d'oscillation que celle de l'élément 82. A cause de l'inertie thermique du matériau formant l'élément 82 les variations de température dans un sens et dans le sens opposé causées par la conduction thermique avec la couche 104 s'annulent à l'intérieur de l'élément 82. Ainsi, les oscillations de l'élément 82 ne provoquent pas une oscillation de sa température ou simplement une oscillation de température de très faible amplitude, c'est-à-dire par exemple inférieur à 5 ou 1°C. Dès lors, la température de l'élément 82 est sensiblement égale à la température ambiante du milieu dans lequel il est plongé.

[0066] Si la température ambiante augmente, la température des différents éléments du dispositif 80 augmente également. Par exemple, ici, on suppose que la température augmente de 10°C. Cette variation de la température, notée ΔΤΊ, provoque, en réponse, une dilatation du substrat 86. L'élément 82 se dilate moins que le substrat 86. Dès lors, la contrainte mécanique donnée Δσ qui étire l'élément 82 apparaît. Cette contrainte est susceptible de modifier la fréquence d'oscillation de l'élément 82 si rien n'est fait.

[0067] Toutefois, ici, cette contrainte Δσ s'exerce également sur la couche 104. En réponse, la température interne de la couche 104 diminue de ΔΤ ₂ . Cette variation ΔΤ ₂ de la température de la couche 104 est transmise par conduction thermique à l'élément 82, ce qui vient diminuer et, de préférence annuler la variation ΔΤι de température. Ainsi, la fréquence d'oscillation de l'élément 82 est rendue plus insensible aux variations de température.

[0068] La figure 12 représente un dispositif 110 d'amplification d'une variation ΔΤι de température. Dans ce dispositif 110, une variation souhaitée ΔΤ ₂ de température est générée pour venir s'ajouter à la variation ΔΤι de température. Le dispositif 110 est par exemple identique au dispositif 2 sauf que le transducteur 34 est omis et que la couche 30 est remplacée par une couche 112. La couche 112 est identique à la couche 30 sauf qu'elle est réalisée dans un matériau élastocalorique dont la température croît quand l'élément 24 se déplace de sa position haute vers sa position basse. [0069] Le dispositif 110 n'utilise pas la source 18 de chaleur.

[0070] Le fonctionnement du dispositif 110 est le suivant. Lorsque la température ambiante du milieu dans lequel est plongé le dispositif 110 augmente, cela produit la variation ΔΤΊ de la température de l'élément 24. En réponse, l'élément 24 se déforme de sa position haute vers sa position basse. La couche 112 transforme alors la variation de contrainte correspondante en la variation souhaitée ΔΤ ₂ de sa température interne. Les variations ΔΤι et ΔΤ ₂ de température se cumulent, par exemple à l'intérieur de l'élément 24 ou de la couche 112 de sorte que la température atteinte par l'élément 24 et la couche 112 est supérieure à la température ambiante. Ce dispositif permet donc d'amplifier la variation ΔΤΊ de température.

[007i] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, le matériau piézoélectrique du transducteur 34 peut être du PZT, de ΙΆΙΝ ou autres.

[0072] Le transducteur 34 peut fonctionner également à l'aide d'un principe physique différent. Par exemple, il peut être remplacé par un transducteur capacitif ou magnétique capable de convertir l'énergie mécanique des déformations de l'élément suspendu en énergie électrique. A titre d'illustration, un transducteur capacitif est réalisé en fixant une électrode sur l'élément 24 et une autre électrode, en vis-à-vis, sur le substrat 4. La variation de capacité entre ces deux électrodes est alors convertie en énergie électrique.

[0073] L'élément 24 peut être fixé ailleurs. Par exemple, il est fixé directement sur la paroi 14 ou sur la paroi froide 16.

[0074] Le dispositif 2 peut aussi être facilement adapté pour fonctionner dans le cas où un gradient de température négatif entre la température ambiante et un point froid est créé. Par exemple, la source 18 est remplacée par un point froid dont la température devient inférieure à la température ambiante du milieu dans lequel est plongé le dispositif 2 lorsque cette source est activée. Dans ce cas, l'élément suspendu est adapté pour se déformer du point haut vers le point bas en réponse à une baisse de température. De plus, le matériau élastocalorique de la couche 30 est remplacé par un matériau élastocalorique dont la température augmente quand l'élément suspendu se déplace de sa position haute vers sa position basse.

[0075] En variante, en absence de gradient de température, la position de l'élément suspendu 24 est plus proche de la paroi froide que de la paroi chaude. Dans ce cas, pour fonctionner, l'élément suspendu est adapté pour se déplacer de sa position basse vers sa position haute en réponse à une augmentation ΔΤΊ de la température. Dans ce mode de réalisation, la température du matériau élastocalorique augmente quand l'élément suspendu se déforme de sa position basse vers sa position haute.

[0076] En variante, la couche 26 est réalisée en matériau élastocalorique et la couche 30 est omise. Dans ce cas, le bilame est formé par la juxtaposition de la couche 28 et de la couche en matériau élastocalorique. [0077] D'autres moyens techniques sont possibles pour que l'élément suspendu se déforme de sa position haute vers sa position basse en réponse à une variation de température. Par exemple, l'élément suspendu est une poutre ancrée à ses deux extrémités sans aucun degré de liberté sur un substrat 4 ayant un coefficient de dilatation thermique différent. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que l'élément suspendu soit un bilame.

[0078] Pour le dispositif 80, d'autres actionneurs 96 sont possibles pour faire osciller l'élément 82. Par exemple, l'actionneur 96 est remplacé par un actionneur piézoélectrique ou magnétique.

[0079] Une couche supplémentaire de matériau élastocalorique, par exemple identique à la couche 104, peut être déposée sur l'élément 82 du côté opposé à la couche 104. Lorsque cette couche supplémentaire est utilisée, la couche 104 interposée entre l'élément 82 et le substrat 86 peut être omise.

[0080] Le coefficient de dilatation λι n'est pas nécessairement supérieur au coefficient de dilatation λ ₂ . En variante, l'inverse est également possible. Dans ce cas, lorsque la température augmente, la couche en matériau élastocalorique est comprimée. Il faut donc utiliser un matériau élastocalorique dont la température décroît quand le matériau est comprimé. Une autre solution consiste à conserver le même matériau élastocalorique mais à utiliser un montage mécanique de l'élément suspendu qui assure que celui-ci subisse une traction quand la température augmente. Enfin, dans un autre mode de réalisation, il n'est pas nécessaire que les coefficients de dilatation des matériaux utilisés pour réaliser l'élément 82 et le substrat 86 soient différents. Ils peuvent aussi être égaux. Dans ce cas, la dilatation différentielle de ces éléments est provoquée par le fait que ces éléments ne sont pas chauffés à la même température.

[0081] Quel que soit le mode de réalisation précédemment décrit, la couche en matériau élastocalorique peut se trouver aussi bien sur le dessus que sur le dessous et des deux côtés ou d'un seul côté à la fois.

[0082] La couche en matériau élastocalorique peut bien entendu être mono ou multicouches.

[0083] Dans d'autres modes de réalisation, l'élément suspendu peut se déformer non pas dans une direction perpendiculaire au plan du substrat mais dans une direction parallèle au plan du substrat. Dans ce cas, la couche en matériau élastocalorique se trouve au moins sur l'une des faces verticales de cet élément suspendu.

[0084] La couche en matériau élastocalorique peut recouvrir qu'une partie de l'élément suspendu. Par exemple, la couche en matériau élastocalorique sera disposée uniquement aux emplacements où les contraintes mécaniques subies sont maximales. [0085] A l'inverse, l'élément suspendu peut être déposé uniquement dans certains emplacements non continus le long de la couche en matériau élastocalorique.

[0086] Les dispositifs précédemment décrits peuvent aussi être fabriqués à l'aide d'autres technologies et, en particulier, à l'aide des mêmes procédés de fabrication que ceux utilisés pour fabriquer des dispositifs macroscopiques. Ainsi, dans ce dernier cas, les dispositifs fabriqués sont ni des NEMS (Nanoelectromechanical Systems) ni des MEMS mais des dispositifs à une échelle macroscopique, c'est-à-dire dont la dimension la plus large est supérieure à au moins 1 cm et, de préférence, à 5 cm ou 10 cm.

[0087] L'élément suspendu n'est pas nécessairement une poutre ancrée dans un substrat par une ou deux de ses extrémités. Par exemple, l'élément suspendu peut aussi être formé d'une membrane dont toute la périphérie est ancrée sur le substrat de manière à laisser sa partie centrale libre de se déformer.

[0088] L'élément suspendu peut être réalisé dans un seul bloc de matière ou, au contraire, par un empilement de plusieurs couches de différents matériaux.

[0089] Les cavités des dispositifs décrits précédemment peuvent être réalisées différemment que par le report d'un capot. Par exemple, elles peuvent être directement creusées dans le substrat.

[0090] Les dispositifs précédemment décrits sont typiquement voués à être incorporés dans des composants plus grands tels qu'un capteur, un microsystème, un résonateur, un oscillateur ou un actionneur.