FR 3160239 A1 20250919 FR 2402651 A 20240318 Dispositif de mesure de force en compression à sensibilité adaptable La présente description concerne un dispositif de mesure de force (10), destiné à être soumis à des forces en compression, comprenant un substrat (100) sur lequel est disposé au moins un capteur comprenant un film piézoélectrique organique (120) disposée entre une première électrode (110) et une deuxième électrode (130), le dispositif (10) comprenant, en outre, une couche d’adaptabilité (150) en un matériau ayant un module d’Young inférieur ou supérieur au module d’Young du film piézoélectrique organique (120). Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Dispositif de mesure de force en compression à sensibilité adaptable La présente description concerne de façon générale les dispositifs de mesure de force, et notamment les dispositifs de mesure de force en compression. Plus particulièrement, il s’agit de dispositifs ayant un film piézoélectrique organique. De tels dispositifs peuvent être utilisés, par exemple, pour des mesures sur des surfaces complexes et/ou déformables. Les dispositifs ont une sensibilité pouvant être facilement adaptées, soit augmentée soit diminuée, en fonction des applications visées. Les capteurs piézoélectriques peuvent être utilisés pour mesurer des forces, notamment des forces en compression. Généralement, le capteur est positionné sur une surface de manière que la contrainte mécanique soit non seulement uniforme sur la surface du capteur mais aussi unidirectionnelle dans la direction transverse au capteur. Ainsi, il est possible d’avoir une proportionnalité entre la charge électrique Q (en pC) générée par le capteur et la force F (en N) appliquée : Q = -d 33 F avec d 33 est le coefficient piézoélectrique (en pC/N) du matériau piézoélectrique, caractérisant la performance en compression du matériau piézoélectrique. Pour faire des dispositifs légers, les rendant compatibles avec de nombreuses applications, notamment médicales, les matériaux piézoélectriques sont utilisés sous forme de films minces (typiquement entre 1 et 100 µm). De plus, afin d’avoir des dispositifs flexibles et/ou biocompatibles, on utilise généralement des polymères piézoélectriques plutôt que des céramiques piézoélectriques, qui sont rigides et toxiques, notamment les céramiques à base de plomb comme les titano-zirconates de plomb (connues sous l’abréviation PZT). Cependant, les polymères sont moins performants en compression que les céramiques (d 33 = 30 pC/N pour polymère PVDF, d 33 = 590 pC/N pour céramique PZT). Afin d’avoir un capteur ayant une bonne tenue mécanique et pouvant être facilement manipulé, les films minces piézoélectriques sont généralement positionnés sur un substrat rigide qui sert de support mécanique. Or, ces substrats peuvent influencer les propriétés piézoélectriques des films minces piézoélectriques. Par exemple, un substrat très rigide peut diminuer la performance piézoélectrique en compression. Ceci a été démontré, par exemple, pour un film de PZT de 200 µm d’épaisseur sur un substrat en alumine ayant une épaisseur de 0.64 mm, dans l’article de Torah et al. (‘Experimental investigation into the effect of substrate clamping on the piezoelectric behaviour of thick-film PZT elements’, J. Phys. Appl . Phys. 37 , 1074 (2004)). Le modèle utilisé concerne uniquement le cas extrême où la rigidité du film piézoélectrique est négligeable par rapport à celle du substrat, et ce dernier impose donc ses propriétés mécaniques au système global. A l’inverse, il a été démontré, par Chakhchaoui et al. (‘An enhanced power harvesting from woven textile using piezoelectric materials’, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 827, 012046 (2020)) qu’un substrat en textile très souple peut améliorer la performance piézoélectrique d’un film piézoélectrique en PVDF. Ici, aussi le modèle concerne le cas extrême où les propriétés mécaniques du film piézoélectrique sont négligeables par rapport à celle du substrat dans le système global. De plus, le modèle proposé montre des limitations et il n’est pas parfaitement validé par des données expérimentales. L’épaisseur du substrat en textile est de 500µm, celle du film en PVDF n’est pas mentionnée. Il existe donc un besoin de fournir un dispositif de mesure dont la sensibilité peut être adaptée en fonction des forces en compression à mesurer. Ce but est atteint par un dispositif de mesure de force, destiné à être soumis à des forces en compression, comprenant un substrat sur lequel est disposé au moins un capteur comprenant un film piézoélectrique organique disposée entre une première électrode et une deuxième électrode, le dispositif comprenant, en outre, une couche d’adaptabilité ayant un module d’Young inférieur ou supérieur au module d’Young du film piézoélectrique organique, le module d’Young de la couche d’adaptabilité étant au moins 10 fois inférieur ou au moins 10 fois supérieur au module d’Young du film piézoélectrique organique. Selon un mode de réalisation particulier, la couche d’adaptabilité est disposée entre le substrat et la première électrode. Selon un mode de réalisation particulier, la couche d’adaptabilité recouvre la deuxième électrode. Selon un mode de réalisation particulier, le substrat est en polyimide. Selon un mode de réalisation particulier, la couche d’adaptabilité est en PDMS ou en TPU. Selon un autre mode de réalisation particulier, la couche d’adaptabilité est en époxy ou en acrylate. Selon un mode de réalisation particulier, la couche d’adaptabilité a une épaisseur comprise entre 10 µm et 100 µm. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend deux substrats et deux couches d’adaptabilité. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend deux films piézoélectriques, séparés par une électrode intermédiaire, les couches d’adaptabilité étant disposées de part et d’autre de l’ensemble formé par la première électrode, le premier film piézoélectrique, l’électrode intermédiaire, le deuxième film piézoélectrique et la deuxième électrode. Selon un mode de réalisation particulier, une couche d’encapsulation recouvre les flancs des couches d’adaptabilité et du ou des films piézoélectriques. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend plusieurs capteurs, pouvant être disposés en lignes ou sous forme d’une matrice sur le substrat. Ce but est également atteint par un procédé de détermination de la performance en compression d’un dispositif de mesure de force, destiné à être soumis à des forces en compression, le dispositif comprenant un substrat sur lequel est disposé au moins un capteur comprenant un film piézoélectrique organique disposée entre une première électrode et une deuxième électrode, le dispositif comprenant, en outre, une couche d’adaptabilité, disposée entre le substrat et la première électrode ou recouvrant la deuxième électrode, le procédé comprenant une étape au cours de laquelle on calcule la charge électrique Q générée à partir de l’équation suivante : avec Q charge électrique, en pC, générée par le capteur, F la force (en N) appliquée sur le capteur, d 33 et d 31 les coefficients piézoélectrique du film piézoélectrique, en pC/N, Y p et Y m les modules d’élasticité, en Pa, respectivement, du film piézoélectrique et de la couche d’adaptabilité, ν p et ν m les coefficients de Poisson, respectivement, du film piézoélectrique et de la couche d’adaptabilité. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la FIG. 1 , la FIG. 2 , la FIG. 3 , la FIG. 4 et la FIG. 5 représentent, de manière schématique et en coupe, un dispositif selon différents modes de réalisation particulier de l’invention ; la FIG. 6 représente, de manière schématique et en trois dimensions, un film piézoélectrique disposé sur une couche d’adaptabilité sur lesquels des forces en compression (représentées par des flèches) sont appliquées, selon un autre mode de réalisation particulier de l’invention ; la FIG. 7 représente, de manière schématique et en vue de dessus, un dispositif selon un autre mode de réalisation particulier de l’invention ; la FIG. 8 est un graphique représentant la sensibilité d’un capteur sur un substrat en PI, donné à titre comparatif, et d’un capteur sur un substrat en PI, une couche d’adaptabilité étant positionnée entre le substrat et le capteur, selon un autre mode de réalisation particulier de l’invention ; et la FIG. 9 est un cliché photographique différents capteurs piézoélectriques, avec de gauche à droite : un capteur imprimé sur PI, un capteur imprimé sur TPU et un capteur, selon l’invention, imprimé sur TPU puis positionnée sur PI. De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Par entre X et Y, on entend que les bornes sont incluses. L’invention est particulièrement intéressante pour les applications nécessitant des capteurs de force légers, flexibles et/ou déformables cherchant à mesurer de faibles forces. Les capteurs sont portables sur une personne. Cela présente des intérêts par exemple pour le secteur médical, pour des capteurs de mesure de forces de coaptation dans une valve cardiaque, ou pour des capteurs tactiles sur la peau. Nous allons maintenant décrire plus en détail le dispositif en faisant référence aux figures 1, 2, 3, 4 et 5. Le dispositif piézoélectrique 10 comprend au moins un substrat 100 sur lequel est disposé au moins un capteur. Le substrat comprend une première face 100a, sur laquelle est disposé le ou les capteurs, et une deuxième face 100b. Chaque capteur comprend un film piézoélectrique 120 disposé entre une première électrode 110 (aussi appelée électrode inférieure) et une deuxième électrode 130 (aussi appelée électrode supérieure). Chaque film piézoélectrique 120 a une épaisseur, par exemple, comprise entre 1 et 11 µm, de préférence entre 2 et 5 µm, par exemple 3 µm. De telles épaisseurs permettent d’obtenir des couches 120 ayant une bonne flexibilité. De préférence, chaque film piézoélectrique 120 est un film piézoélectrique organique. Chaque film piézoélectrique 120 comprend, de préférence, une matrice polymérique en PVDF, en un copolymère de PVDF ou en un terpolymère de PVDF. Il peut s’agir d’un copolymère du fluorure de vinylidène et d'au moins un autre monomère copolymérisable avec le VDF. Avantageusement, le copolymère comprend au moins 50% en mole, de préférence au moins 70% en poids, encore plus préférentiellement au moins 90% en mole de VDF. A titre illustratif, le ou les monomères copolymérisables sont, par exemple, choisi parmi le chlorotrifluoroéthylène (CTFE), le chlorofluoroéthylène (CFE), l'hexafluoropropylène (HFP), le trifluoroéthylène (VF 3 ), le méthacrylate de méthyle (MMA), le tétrafluoroéthylène (TFE), et les perfluoro(alkyl vinyl) éthers tels que le perfluoro(méthyl vinyl)éther (PMVE). Par exemple, le copolymère est un copolymère de poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène) PVDF / TrFe, aussi noté P(VDF-TrFe) ou de PVDF-CTFE. Il peut également s’agir d’un terpolymère. On choisira par exemple un terpolymère de PVDF/ CTFE /CFE. Selon une autre variante de réalisation, le polymère n’est pas un polymère ferroélectrique : il peut s’agir de PVDF-HFP. Selon une autre variante de réalisation, le polymère est de l'acide polylactique (aussi noté PLA ou PLLA). De préférence, les films piézoélectriques 120 sont des polymères piézoélectriques choisis parmi le PVDF, le P(VDF-TrFE) et le PLLA. Chaque film piézoélectrique organique 120 peut être un matériau composite. Par exemple, le film 120 peut comprendre, en plus d’une matrice polymérique piézoélectrique ou non piézoélectrique, des particules piézoélectriques et/ou des particules de PEDOT:PSS. Les particules seront suffisamment petites pour ne pas altérer la rugosité. Par exemple, les particules ferroélectriques sont en BaTiO 3 (BTO), PZT (titano-zirconate de plomb, ou « Lead Zirconate Titanate » en anglais), AlN, ZnO, ou encore en SBN (oxyde de Sr-Ba-Nb) ou SBT (oxyde de Sr-Ba-Ti). Par exemple, les films piézoélectriques 120 sont formés de matériaux composites comprenant, par exemple, un polymère (piézoélectrique type PVDF, ou non piézoélectrique type TPU, PDMS, PVDF HFP) et des nanoparticules ou nanofibres piézoélectriques (PVDF, PZT, BaTiO 3 , AlN). Les films piézoélectriques 120 sont disposés entre des électrodes 110, 130. Les électrodes 110, 130 sont des électrodes flexibles. De préférence, les électrodes 110, 130 sont en un polymère électriquement conducteur ou en un métal tel que l’or ou l’argent. Les polymères électriquement conducteurs présentent une meilleure interface avec le P(VDF-TrFE). De préférence, il s’agit du PEDOT-PSS (poly(3,4-éthylènedioxythiophène). Elles peuvent être déposées par des méthodes d’impression type sérigraphie pour assurer une bonne cohésion mécanique, sans risque de décollement, à l’interface entre le capteur et la couche d’adaptabilité. Les électrodes 110, 130 ont de préférence une épaisseur comprise entre 0,1 et 3 µm, encore plus préférentiellement entre 0,5 et 1,5 µm, par exemple environ 1 µm). Les électrodes 110, 130 en métal ont, par exemple, une épaisseur comprise entre 30 et 200 nm. De préférence, les propriétés mécaniques des électrodes 110, 130 sont proches de celles du film piézoélectrique 120. De préférence, leurs modules d’Young varient de moins de 30%. Il n’y a alors pas de contrainte particulière sur l’épaisseur des électrodes 110, 130. De préférence, on choisira néanmoins des électrodes 110, 130 ayant une épaisseur inférieure à celle du film piézoélectrique 120. Dans le cas où les propriétés mécaniques des électrodes 110, 130 sont très différentes de celles du film piézoélectrique 120, notamment dans le cas où leurs modules d’Young varient de plus de 30%, on choisira l’épaisseur des électrodes 110, 130 de manière à ce qu’elle soit négligeable par rapport à celle du film piézoélectrique. L’épaisseur des électrodes est au moins 10 fois inférieure à celle du film piézoélectrique 120. Le substrat 100 a, de préférence, un module d’élasticité supérieur à 1GPa et/ou une épaisseur supérieure à 25 µm, par exemple comprise entre 10 et 500 µm, de préférence entre 20 et 250 µm, pour avoir un dispositif ayant une tenue mécanique suffisante. L’épaisseur du capteur est relativement faible (typiquement inférieure à 10 µm). Le substrat 100 assure la tenue mécanique du dispositif pour sa fabrication et lors de son utilisation. La nature du substrat 100 va dépendre des applications. Le substrat 100 peut être en un matériau polymère, de préférence choisi parmi le polyimide (PI), le poly(naphtalate d'éthylène) (PEN), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyuréthane thermoplastique (TPU) ou le polydimethylsiloxane (PDMS). De préférence, il est en PI. Le substrat 100 peut également être en verre ou en acier. Le dispositif comprend, en outre, une couche d’adaptabilité 150. La couche d’adaptabilité 150 est en un matériau différent de celui du substrat 100. La couche d’adaptabilité 150 peut être en polymère, en matériau sol-gel ou en oxyde. Par exemple, elle est en époxy, (méth)acrylate, polyuréthane thermoplastique (TPU), polydiméthylsiloxane (PDMS), alumine, silice, oxyde de titane, ou oxyde de zirconium. Selon une première variante de réalisation, représentée sur la FIG. 1 , la couche d’adaptabilité 150 modifiant la performance piézoélectrique du capteur est disposée entre le substrat 100 et la première électrode 110. Autrement dit, le dispositif 10 comprend successivement : le substrat 100, la couche d’adaptabilité 150, la première électrode 110, le film piézoélectrique 120 et la deuxième électrode 130. Cette configuration permet d’avoir un large choix de substrat 100. Selon une deuxième variante de réalisation, représentée sur la FIG. 2 , la couche d’adaptabilité 150 est disposée sur la deuxième électrode 130. Autrement dit, le dispositif 10 comprend successivement : le substrat 100, la première électrode 110, le film piézoélectrique 120, la deuxième électrode 130 et la couche d’adaptabilité 150. La couche d’adaptabilité 150 modifiant la performance piézoélectrique est ainsi disposée au-dessus du capteur. Elle peut aussi jouer le rôle de couche d’encapsulation en le protégeant du milieu extérieur. Dans les dispositifs précédemment décrits, la couche d’adaptabilité 150 est positionnée sur ou sous le film piézoélectrique 120. Le matériau de la couche d’adaptabilité 150 est en un matériau différent de celui du film piézoélectrique 120. Ses propriétés mécaniques sont différentes de celles du film piézoélectrique 120, ce qui permet de contrôler les performances du film piézoélectrique 120 en compression. Ce sont les interactions mécaniques entre la couche d’adaptabilité 150 et le film piézoélectrique 120 qui modifient les performances piézoélectriques. Il est ainsi possible d’augmenter la performance piézoélectrique en compression (d 33 eff) en choisissant une couche d’adaptabilité 150 en un matériau ayant un module d’Young inférieur au module d’Young du matériau du film piézoélectrique 120 (autrement dit en choisissant une couche d’adaptabilité 150 plus souple que le film piézoélectrique 120). Cela permet d’améliorer la sensibilité du film piézoélectrique 120, notamment pour les forces en compression. Par exemple, on multiplie ses performances par un facteur entre 2 et 10. De préférence, le module d’Young de la couche d’adaptabilité 150 est entre 10 et 1000 fois inférieur au module d’Young du film piézoélectrique 120. Par exemple, pour un substrat 100 en PI, la couche d’adaptabilité 150 peut être en TPU ou en PDMS. Il est également possible de réduire la performance piézoélectrique en compression (d 33 eff) en choisissant une couche d’adaptabilité 150 en un matériau ayant un module d’Young supérieur au module d’Young du matériau du film piézoélectrique 120 (autrement dit en choisissant une couche d’adaptabilité 150 plus rigide que le film piézoélectrique 120). Cela permet, par exemple, d’adapter la performance du film piézoélectrique 120 à la gamme de mesure d’une électronique de mesure branchée au dispositif piézoélectrique 10. De préférence, le module d’Young de la couche d’adaptabilité 150 est entre 10 et 1000 fois supérieur au module d’Young du film piézoélectrique 120. Par exemple, pour un substrat 100 en PI, la couche d’adaptabilité 150 peut être en époxy ou en acrylate. De plus, pour augmenter la performance piézoélectrique, il est possible d’augmenter l’épaisseur de la couche d’adaptabilité 150 et/ou la différence de modules d’élasticité entre la couche d’adaptabilité 150 et le film piézoélectrique 120. La couche d’adaptabilité 150 a une épaisseur plus grande que l’épaisseur du film piézoélectrique 120. L’épaisseur de la couche d’adaptabilité 150 est comprise entre 10 µm et 1 mm, de préférence entre 10 µm et 100 µm. Une telle épaisseur permet de modifier les propriétés du film piézoélectrique 120 tout en demeurant flexible (même si son module d’élasticité est assez élevé). La couche d’adaptabilité 150 a une surface supérieure ou égale à la surface du film piézoélectrique 120 (surface dans le plan – directions 1 et 2 de la FIG. 6 ). De préférence, les surfaces sont identiques. Comme représenté sur les figures 3, 4 et 5, le dispositif 10 peut comprendre deux substrats 100, 170 et deux couches d’adaptabilité 150, 160. Le dispositif 10 comprend successivement : le premier substrat 100, la première couche d’adaptabilité 150, la première électrode 110, le film piézoélectrique 120, la deuxième électrode 130, la deuxième couche d’adaptabilité 160 et le deuxième substrat 170. Les deux substrats 100, 170 peuvent être en un même matériau ou en des matériaux différents. Les deux substrats 100, 170 peuvent avoir les mêmes dimensions ou des dimensions différentes. De préférence, les deux substrats 100, 170 sont en un même matériau. Ils ont de préférence la même dimension. Les deux couches d’adaptabilité 150, 160 peuvent être en un même matériau ou en des matériaux différents. Les couches d’adaptabilité 150, 160 ont, de préférence, chacune un module d’Young plus grand (ou inversement plus petit) que celui du film piézoélectrique 120. Les deux couches d’adaptabilité 150, 160 peuvent avoir les mêmes dimensions ou des dimensions différentes. De préférence, les deux couches d’adaptabilité 150, 160 sont en un même matériau et ont les mêmes dimensions. La présence d’une couche d’adaptabilité 150, 160 de part et d’autre du film piézoélectrique 120 permet d’augmenter ou diminuer davantage ses performances piézoélectriques. La présence d’un substrat 150, 160 sur chaque face du capteur permet de bien protéger ce dernier. De plus, dans le cas où le dispositif est parfaitement symétrique avec l’axe de symétrie passant par le film piézoélectrique 120, il est possible de diviser le film piézoélectrique en deux parties 120, 125 en ajoutant une électrode intermédiaire 140 comme représenté sur la FIG. 5 . Autrement dit, le dispositif 10 comprend deux films piézoélectriques 120, 125. Plus particulièrement, le dispositif 10 comprend successivement : le premier substrat 100, la première couche d’adaptabilité 150, la première électrode 110, le premier film piézoélectrique 120, l’électrode intermédiaire 140, le deuxième film piézoélectrique 125, la deuxième électrode 130, la deuxième couche d’adaptabilité 160 et le deuxième substrat 170. Un bimorphe piézoélectrique est ainsi formé et il est possible de profiter des avantages de ce genre de dispositif (notamment en polarisant les films piézoélectriques de façon identique ou de façons opposées). Le dispositif 10 peut, en outre, comprendre une couche d’encapsulation (figures 4 et 5). Elle recouvre les flancs des éléments disposés entre les substrats 100, 170 (i.e. les flancs des couches d’adaptabilité 150, 160, des électrodes 110, 130 et du ou des films piézoélectriques 120, 125). La couche d’encapsulation 180 isole totalement le capteur de l’extérieur. Une telle couche peut être biocompatible et/ou étanche. Il peut s’agir d’un matériau diélectrique comme du PVDF non polarisé ou le produit commercialisé sous la référence EDAG 455B par Loctite. La couche d’encapsulation 180 est, de préférence, en PDMS. Le dispositif 10 peut comprendre une couche (non représentée), formant un plan de masse entre deux couches diélectriques pour diminuer le bruit de mesure. Le plan de masse permet de réduire grandement le bruit de mesure, d’améliorer la précision des mesures et donc d’ouvrir plus largement le champ des applications. Le plan de masse est flexible. Il a une épaisseur comprise entre 3 µm et 10 µm, par exemple 5 µm. Le plan de masse est, de préférence, imprimé. Il est intégré au dispositif pendant sa fabrication par impression. Pour réaliser le plan de masse, toute encre conductrice flexible peut être utilisée. Le plan de masse est, de préférence, en carbone. Le carbone est très conducteur et présente une bonne biocompatibilité, ce qui est avantageux dans le cas où il est en contact avec le corps humain car il s’agit d’une des couches les plus proches de l’environnement extérieur. Alternativement, le plan de masse peut être en or. Les couches diélectriques servent à isoler électriquement le capteur du plan de masse. Les couches diélectriques sont également flexibles. Elles ont une épaisseur comprise, par exemple, entre 3 µm et 30 µm, de préférence entre 3 et 10 µm, par exemple 5 µm. Elles sont suffisamment épaisses pour ne pas claquer lors de la polarisation, ni trop épaisse pour ne pas rigidifier le capteur. Le matériau diélectrique présente peu de contraintes. On choisira, de préférence, un matériau imprimable et réticulable. Par exemple, il peut s’agir de PVDF réticulé non piézoélectrique ou encore de l’EDAG. De préférence, l’EDAG est préféré car, au moment de l’impression, il ne contient pas de solvant pouvant endommager les couches inférieures (contrairement au solvant TEP du PVDF qui endommage l’argent). De telles couches ont des propriétés mécaniques proches de celles du film piézoélectrique 120 : leur présence dans le dispositif n’altère pas la capacité prédictive du modèle. Le dispositif 10 peut comprendre plusieurs capteurs disposés sur la même face 100a du substrat 100. Ils peuvent être disposés en ligne ou sous la forme d’une matrice. Par exemple, une ligne peut comprendre entre X et Y capteurs. Les matrices sont des matrices de n x m capteurs avec n et m des entiers positifs, supérieur ou égal à 2, et de préférence compris entre 2 et 10. La couche d’adaptabilité 150 peut être commune à tous les capteurs de la matrice ou de la ligne, ou propre à chaque capteur. Comme représenté sur la FIG. 7 , le dispositif 10 comprend des pistes électriques 190 disposées de manière à acheminer le signal électrique depuis les capteurs, de préférence jusqu’à des amplificateurs, puis jusqu’à des appareils de mesure, de préférence des appareils électroniques de mesure. Des appareils de mesure de tension peuvent aussi être utilisés pour mesurer les signaux des capteurs. Les pistes électriques 190 sont des pistes électriquement conductrices. Elles peuvent être imprimées sur le substrat. Toute encre très conductrice et pouvant être imprimée avec une résolution assez fine (typiquement la largeur de piste est inférieure à 100 µm pour des matrices à forte densité) peut être utilisée. Les pistes 190 peuvent être en un métal (or par exemple), en un matériau polymère électriquement conducteur. Par exemple, le matériau polymère électriquement conducteur est du PEDOT :PSS. Il peut également s’agir d’un polymère dans lequel sont dispersées des particules électriquement conductrices, par exemple des particules de carbone. De l’argent peut être aussi utilisé sous forme d’encre, de préférence formulé avec une matrice polymérique résistante aux solvants (par exemple avec une base silicone, TPU ou acrylate). De préférence, une encre de type argent (notamment une matrice silicone avec des particules d’argent) est utilisée pour les connexions électriques entre le capteur et l’électronique de mesure. Des pistes électriques 190 en or sont non seulement très conductrices mais également biocompatibles. L’épaisseur de telles pistes est, de préférence inférieure 200 nm pour obtenir des pistes flexibles. L’épaisseur est préférentiellement comprise entre 10 nm et 200 nm, par exemple 100 nm. L’or peut être déposé par photolithographie, ce qui permet d’atteindre une très grande résolution et ainsi obtenir des matrices à forte densité de capteurs. De préférence, l’or est utilisé avec un substrat en PI, qui résiste au solvant utilisé lors de la photolithographie (typiquement l’acétone). Le procédé de fabrication d’un tel dispositif peut comporter les étapes suivantes : - fournir un substrat 100, - déposer une couche d’adaptabilité 150 sur le substrat 100, - former les différentes couches du capteur (électrodes, film piézoélectrique). Alternativement, le procédé peut comporter les étapes suivantes : - former les différentes couches du capteur (électrodes, film piézoélectrique) sur une couche d’adaptabilité 150, - déposer l’ensemble obtenu sur un substrat 100. Le procédé peut en outre comprendre une étape au cours de laquelle une couche d’encapsulation est formée. Lorsque le dispositif 10 comprend 2 substrats, il est possible de former les couches successivement depuis le premier substrat 100 jusqu’au deuxième substrat 170. Alternativement, il est possible de positionner sur un premier ensemble (formé du premier substrat 100, de la première couche d’adaptabilité 150, de la première électrode 110, du film piézoélectrique 120, de la deuxième électrode 130) un deuxième ensemble (formé du deuxième substrat 170, de la deuxième couche d’adaptabilité 160). Le deuxième ensemble peut éventuellement comprendre en outre, l’électrode intermédiaire 140 et le deuxième film piézoélectrique 125. De préférence, deux ensembles identiques (substrat 100 ou 170, couche d’adaptabilité 150 ou 160, électrode 110 ou 130, film piézoélectrique 120 ou 125) sont fabriqués puis assemblés à l’électrode 140, par exemple au moyen d’un adhésif conducteur. Le procédé comporte également une étape de cristallisation (ou d’alignement des dipôles) de la couche en matériau piézoélectrique, pour améliorer ses performances piézoélectriques. Cette irradiation est par exemple mise en œuvre avec une lumière flash UV, avec une durée du flash, ou de l’impulsion, comprise entre environ 500 µs à 2 ms, une fluence (énergie délivrée par unité d’aire) comprise entre environ 15 J/cm² et 25 J/cm², et avec une lumière de longueur d’onde comprise entre environ 200 nm et 380 nm. Le nombre de flashs, ou impulsions, de lumière UV réalisés lors de cette irradiation varie en fonction de l’épaisseur sur laquelle le matériau piézoélectrique doit être cristallisé. Par exemple, pour une épaisseur de P(VDF-TrFe) égale à environ 2 µm, l’irradiation peut être mise en œuvre avec une fluence égale à environ 17 J/cm², une durée d’impulsion égale à environ 2 ms et un nombre d’impulsions égal à 5. Le matériau piézoélectrique, ayant éventuellement subi une précédente cristallisation, est ensuite soumis à une étape de recuit, par exemple, réalisé à environ 130°C pendant environ 60 min, pour finaliser la cristallisation totale du matériau piézoélectrique. La cristallisation du matériau piézoélectrique peut donc être réalisée en deux temps : tout d’abord l’irradiation par impulsion lumineuse UV pour bien cristalliser la seconde face de la couche en matériau piézoélectrique afin d’augmenter sa conductivité thermique, puis un recuit thermique achevant la cristallisation pour le reste de matériau piézoélectrique non cristallisé par la précédente irradiation. Lorsque le matériau piézoélectrique est un copolymère à base de P(VDF-TrFe), une étape de polarisation du matériau piézoélectrique est réalisée avant son utilisation. Cette étape peut être réalisée, par exemple, en appliquant une tension électrique continue à ses bornes, via les électrodes, afin d’améliorer le coefficient piézoélectrique de ce matériau. Cette polarisation est réalisée une seule fois pour toute la durée de vie du matériau piézoélectrique. Cette polarisation par champ électrique peut se faire à une température ambiante ou à chaud (jusqu’à environ 100°C). Lorsque la polarisation est réalisée à une température ambiante, il est possible d’appliquer une tension continue jusqu’à environ 150V/µm d’épaisseur de la couche piézoélectrique pendant une durée par exemple comprise entre quelques secondes et quelques minutes. Par exemple, on appliquera une tension de 120V/µm pendant 20s. Lorsque la polarisation est réalisée à chaud, par exemple à une température d’environ 90°C, une tension continue par exemple comprise entre environ 50 V et 120 V par micron d’épaisseur de la couche piézoélectrique peut être appliquée pendant une durée par exemple comprise entre environ 1 min et 5 min. La température est ensuite abaissée jusqu’à atteindre la température ambiante, puis le champ électrique appliqué sur le matériau piézoélectrique, via la tension continue appliquée, est stoppé. De telles polarisations permettent au PVDF d’atteindre des coefficients piézoélectriques compris entre environ 10 et 40 pC/N. Les molécules à l’intérieur de la couche piézoélectrique restent orientées ainsi, même lorsque le matériau n’est plus soumis à ce champ électrique. Le matériau peut être ainsi polarisé en appliquant une tension de polarisation initiale aux bornes des électrodes. On choisira, de préférence, une épaisseur de matériau piézoélectrique inférieure ou égale à environ 3 µm afin de favoriser la polarisation du matériau piézoélectrique de cette capacité, et le niveau de la tension électrique appliquée entre les électrodes pour réaliser la polarisation initiale du matériau piézoélectrique (lorsque le matériau piézoélectrique doit être initialement polarisé). On choisira par exemple une polarisation rémanente idéale à 8 µC/cm². On réalise avantageusement un recuit, à la fin du procédé, ou entre les différentes étapes. Le recuit est, par exemple, à une température comprise entre 100°C et 150°C, de préférence autour de 100°C pour enlever les traces résiduelles de solvant et/ou finaliser la cristallisation du matériau piézoélectrique. Chaque capteur du dispositif est, de préférence, imprimé par sérigraphie sur le substrat 100. La méthode de fabrication par impression permet de simplifier et diminuer le coût du procédé de fabrication. Tous les capteurs sur la même face du substrat peuvent être imprimés en même temps. Les performances, plus particulièrement les performances en compression, d’un dispositif 10 tel que décrit précédemment peuvent être déterminées. Pour cela, on se place dans les conditions de la FIG. 6 , et on considère que le film piézoélectrique 120 et la couche d’adaptabilité 150 en contact sont tous les deux des matériaux élastiques, linéaires et isotropes. Ceci est presque toujours le cas pour de faibles forces de compression, typiquement inférieures à 100 kPa. On définit les variables suivantes : - grandeurs mécaniques : T la contrainte dans le film piézoélectrique en N.m -2 ( T 3 correspond donc à la contrainte uniforme appliquée en compression), S la déformation du film piézoélectrique ; - Grandeur électrique : D le déplacement électrique dans le film piézoélectrique en pC.m -2 ; - paramètres géométriques : h p et h m épaisseurs en m, respectivement du film piézoélectrique 120 et du matériau de la couche d’adaptabilité 150 permettant de modifier les performances du dispositif ; - propriétés mécaniques : Y p et Y m les modules d’élasticités respectivement du film piézoélectrique 120 et du matériau de la couche d’adaptabilité 150 en Pa, ν p et ν m leur coefficient de Poisson. - propriétés piézoélectriques : d 33 et d 31 les coefficients piézoélectriques du film piézoélectrique 120. Dans la configuration de la FIG. 6 , la performance en compression du film piézoélectrique 120 est caractérisée par un d 33 effectif ( d 33 eff ) : En effet, selon la théorie de la piézoélectricité pour une contrainte en compression : [Math 3] (1) Par isotropie du film piézoélectrique, on pose et . Selon la loi de Hooke dans le film piézoélectrique : [Math 4] (2) Selon la loi de Hooke dans le matériau équivalent constitué du film piézoélectrique et du matériau en contact : [Math 5] (3) où Y eq et ν eq sont respectivement le module d’élasticité dans la direction 3 et le coefficient de Poisson du matériau équivalent. En combinant équation (2) et équation (3) : [Math 6] (4) En combinant équation (4) et équation (1) : [Math 7] (5) Y eq et ν eq sont calculés en utilisant la version améliorée des équations de Reuss pour un matériau composite en condition d’isocontrainte (équations provenant de l’article de Y. Luo ( ‘ Improved Voigt and Reuss Formulas with the Poisson Effect’ . Materials. (2022)): (6) (7) En injectant les équations (6) et (7) dans (5) puis en normalisant par la surface du film piézoélectrique, on obtient la charge Q : Ce modèle permet de déterminer la performance en compression du film piézoélectrique 120 en faisant varier le module d’élasticité du matériau de la couche d’adaptabilité 150. Dans le cas d’un polymère piézoélectrique pour lequel d 33 et d 31 sont de signes opposés, le modèle montre que : - la performance piézoélectrique est améliorée si (couche d’adaptabilité 150 plus souple que le film piézoélectrique 120), - la performance piézoélectrique diminue si (couche d’adaptabilité 150 plus rigide que le film piézoélectrique 120), - la performance piézoélectrique ne varie pas ou peu si (couche d’adaptabilité 150 mécaniquement proche du film piézoélectrique 120), - plus l’épaisseur du matériau de la couche d’adaptabilité 150 est grande par rapport à celle du film piézoélectrique 120, et plus les modules d’élasticité sont différents, plus on altère la performance piézoélectrique. Les dimensions et matériaux des électrodes 110, 130 seront choisis de manière à ne pas affecter le modèle : - l’épaisseur des électrodes 110, 130 est négligeable par rapport à celle du film piézoélectrique 120 (typiquement au moins 10 fois inférieure), - les propriétés mécaniques des électrodes 110, 130 sont proches de celles du film piézoélectrique 120 (moins de 30% d’écart entre les modules d’élasticité) de manière à pouvoir considérer que h p est l’épaisseur correspondant à la somme de l’épaisseur du film piézoélectrique 120 et de l’épaisseur des électrodes 110, 130. A partir de ce modèle, il est possible de prédire si une couche d’adaptabilité 150 va diminuer ou augmenter les performances du dispositif piézoélectrique 10. Exemple illustratif et non limitatif Plusieurs dispositifs ont été réalisés. Dans un premier temps, un dispositif a été fabriqué à titre comparatif. Il comprend un capteur sur un substrat en PI (Y m = 6 GPa, h m = 50 µm, Upilex de UBE). La géométrie est celle représentée en FIG. 7 (hormis la présence de la couche d’adaptabilité). Les capteurs ont un diamètre compris entre 2 mm et 3 cm, de préférence inférieure à 1 cm pour pouvoir être facilement soumis à une force uniforme en compression. Le capteur est imprimé par sérigraphie sur le substrat. On imprime d’abord l’électrode inférieure. Il s’agit d’une couche de PEDOT:PSS (produit commercialisé par la société Heraeus). Un recuit à 135°C de 30 minutes sert à faire évaporer le solvant (épaisseur finale environ 1 µm). On imprime ensuite le matériau piézoélectrique, du P(VDF-TrFE) 80/20 (commercialisé par Arkema Piezotech), puis on réalise un recuit de 3 minutes à 135°C sous vide (épaisseur 3µm). On dépose ensuite l’électrode supérieure de PEDOT:PSS de la même manière que l’électrode inférieure. On imprime des pistes avec une encre argent (commercialisée par la société Taiyo Ink) puis on réalise un recuit de 10 minutes à 135°C. Ces pistes permettront de faire le lien entre le capteur et l’électronique de mesure. On réalise ensuite la polarisation du film piézoélectrique. Il est branché à une source de tension via ses électrodes, on applique une première faible tension continue (champ électrique dans le matériau piézoélectrique ≈ 30 V/µm) pendant 3 minutes pour évacuer un maximum de charges électriques du capteur. On effectue ensuite une première montée de tension en AC à 10 Hz (d’environ 30 V/µm jusqu’à 120 V/µm) pour éliminer certains défauts du capteur. On refait ensuite la même montée en tension mais à 1 Hz pour finaliser l’alignement des dipôles. Le P(VDF-TrFE) et le PEDOT:PSS ont des propriétés mécaniques très proches et pourront donc être considérés comme une unique couche dans le modèle (Yp = 2.5 GPa). Pour tester expérimentalement le dispositif en compression, celui-ci est plaqué sur une plaque de verre rigide avec un adhésif double-face (commercialisé par Teraoka sous la référence 9030W) puis on vient appuyer avec différentes forces à 1 Hz avec un indenteur plan parfaitement parallèle à la surface du capteur et d’aire supérieure à celle du capteur. Les charges électriques générées par le film piézoélectrique sous contrainte en compression sont mesurées par un amplificateur de charge Kistler 5015 avec filtre passe-bas 10 Hz pour éliminer le bruit. Le même dispositif a été réalisé en ajoutant une couche d’adaptabilité 150 en TPU (Y m = 50 MPa, h m = 100 µm, Intexar TE-11C de DuPont) entre le substrat 100 et le capteur ( FIG. 7 ). Le TPU utilisé possède une fine couche de colle sur sa face inférieure qui s’active à haute température. Après sérigraphie, l’ensemble formé par le capteur et la couche 150 en TPU est posé sur le substrat PI (de taille supérieure au capteur) puis on vient appuyer avec une plaque chauffante à 150°C pendant 10s pour coller le PI et le TPU. Le capteur imprimé sur TPU puis collé sur PI présente une meilleure performance (environ 3 fois supérieure) que le capteur imprimé directement sur PI ( FIG. 8 ). Les différents dispositifs sont sur la FIG. 9 . Il est probable que le procédé à haute température dégrade légèrement la performance du P(VDF-TrFE). La performance attendue était une amélioration d’un facteur 10, mais celle obtenu est une amélioration d’un facteur 3. Une optimisation du procédé permettra d’améliorer les performances du capteur. Néanmoins, la faisabilité est démontrée. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. Dispositif de mesure de force (10), destiné à être soumis à des forces en compression, comprenant un substrat (100) sur lequel est disposé au moins un capteur comprenant un film piézoélectrique organique (120) disposée entre une première électrode (110) et une deuxième électrode (130), le dispositif (10) comprenant, en outre, une couche d’adaptabilité (150) ayant un module d’Young inférieur ou supérieur au module d’Young du film piézoélectrique organique (120), le module d’Young de la couche d’adaptabilité (150) étant au moins 10 fois inférieur ou au moins 10 fois supérieur au module d’Young du film piézoélectrique organique (120). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d’adaptabilité (150) est disposée entre le substrat (100) et la première électrode (110). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d’adaptabilité (150) recouvre la deuxième électrode (130). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (100) est en polyimide. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche d’adaptabilité (150) est en PDMS ou en TPU. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche d’adaptabilité (150) est en époxy ou en acrylate. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d’adaptabilité (150) a une épaisseur comprise entre 10 µm et 100 µm. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend successivement : le substrat (100), la couche d’adaptabilité (150), la première électrode (110), le film piézoélectrique (120), la deuxième électrode (130), une deuxième couche d’adaptabilité (160) et un deuxième substrat (170). Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend deux films piézoélectriques (120, 125), séparés par une électrode intermédiaire (140), les couches d’adaptabilité (150, 160) étant disposées de part et d’autre de l’ensemble formé par la première électrode (110), le premier film piézoélectrique (120), l’électrode intermédiaire (140), le deuxième film piézoélectrique (125) et la deuxième électrode (130). Dispositif selon l’une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu’une couche d’encapsulation (180) recouvre les flancs des couches d’adaptabilité (150, 160) et du ou des films piézoélectriques (120, 125). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs capteurs, pouvant être disposés en lignes ou sous forme d’une matrice sur le substrat (100). Procédé de détermination de la performance en compression d’un dispositif de mesure de force (10), destiné à être soumis à des forces en compression, le dispositif comprenant un substrat (100) sur lequel est disposé au moins un capteur comprenant un film piézoélectrique organique (120) disposée entre une première électrode (110) et une deuxième électrode (130), le dispositif (10) comprenant, en outre, une couche d’adaptabilité (150), disposée entre le substrat (100) et la première électrode (110) ou recouvrant la deuxième électrode (130), le procédé comprenant une étape au cours de laquelle on calcule la charge électrique Q générée à partir de l’équation suivante : avec Q charge électrique, en pC, générée par le capteur (10), F la force (en N) appliquée sur le capteur (10), d 33 et d 31 les coefficients piézoélectrique du film piézoélectrique (120), en pC/N, Y p et Y m les modules d’élasticité, en Pa, respectivement, du film piézoélectrique (10) et de la couche d’adaptabilité (150), ν p et ν m les coefficients de Poisson, respectivement, du film piézoélectrique (120) et de la couche d’adaptabilité (150).