Design of Controlled localized mechanical waves : application to haptics

Réalisés dans le cadre du projet pluridisciplinaire HASAMé, ces travaux visent à dépasser les limitations des technologies haptiques de surface actuelles, notamment en d'efficacité énergétique et de limitation spatiale des effets tactiles. L'objectif central est de générer une vibration localisée, permettant à l'utilisateur de percevoir des retours tactiles tels que des textures, des boutons ou des indications directionnelles directement sur des interfaces tactiles.Pour ce faire, deux approches de confinement sont étudiées : passive et active. Le confinement passif exploite les propriétés géométriques et matérielles de structures périodiques — comme des piliers mécaniques — pour créer des zones vibratoires localisées via l'atténuation d'ondes et la conversion de modes. Ces structures sont conçues et analysées à l'aide de modèles analytiques basés sur les théories des poutres et des plaques, ainsi que de simulations par éléments finis, et des prototypes expérimentaux valident leur efficacité.Le confinement actif, quant à lui, est réalisé au moyen de réseaux d'actionneurs et de capteurs piézoélectriques intégrés à la surface. Des stratégies de contrôle sont développées par superposition modale et mises en œuvre dans un référentiel tournant, ce qui permet de façonner en temps réel le champ vibratoire. Cette approche autorise non seulement le confinement, mais aussi la génération d'ondes progressives, essentielles pour induire des forces de cisaillement directionnelles perçues au bout du doigt de l'utilisateur.Une contribution majeure de cette thèse est l'introduction d'un cadre de modélisation par analogie électrique fondé sur le circuit équivalent de Mason, qui considère chaque section de la surface vibrante comme une cellule électrique à trois ports. Cette méthodologie offre un outil flexible pour l'analyse et la conception de systèmes haptiques complexes à contrôle distribué.Les résultats expérimentaux obtenus à l'aide de cartes électroniques spécialement conçues et de vibrométrie laser confirment les prédictions théoriques, montrant un confinement précis des vibrations et un contrôle efficace des réponses tactiles. Au final, ces travaux fournissent un cadre global — couvrant la modélisation, le contrôle, la mise en œuvre expérimentale et l'évaluation centrée utilisateur — pour le développement d'interfaces haptiques de nouvelle génération. Ils ouvrent la voie à des surfaces intelligentes et réactives applicables aux commandes automobiles, aux dispositifs médicaux et à l'électronique grand public interactive.