Le Quick Response code

Le QR code a été conçu dans les années 1990 par la société Denso Waves, alors une division de Denso Corporation. Son développement fait suite à un besoin des industriels d’augmenter la capacité de stockage d’informations des codes-barres alors utilisés. A sa sortie, le QR Code a été rapidement adopté dans divers milieux industriels. Aujourd’hui, les QR codes sont omniprésents dans notre environnement, témoignant de leur popularité.

D’un point de vue industriel, les QR codes sont actuellement utilisés en tant qu’étiquettes de marquage pour faciliter l’organisation ou automatiser la production, le stockage et la logistique. Les QR codes sont également utilisés pour la traçabilité de divers produits : médicaments, tickets d’évènements culturels, chéquiers, courriers des impôts, etc. Ces QR codes sont le plus souvent directement imprimés sur le produit cible, et permettent de l’identifier en se connectant à une base de données.

Dans la recherche, le QR code est un support ayant été peu utilisé avant le début de nos travaux. Cependant, plusieurs articles ont été publiés au cours de nos travaux faisant état d’une utilisation de QR codes. Par exemple, Prestch et al. ont publié en 2012 la réalisation de QR codes gravés par laser en surface de polymères thermoplastiques à mémoire de forme [10]. Les supports en polymère sont ensuite déformés mécaniquement, empêchant la lecture des QR codes. Un traitement thermique permet de rétablir leurs formes originelles, et de décoder les informations contenues dans les QR codes. L’article publié par Meruga et al. en 2012 fait état de l’impression d’un QR code par jet d’encre sur une feuille de papier avec une dispersion colloïdale de nanocristaux de NaYF4 dopés avec

des terres rares. Le QR code produit possède une taille centimétrique et est invisible à l’œil nu. Le QR code peut cependant être révélé par excitation avec un laser à 980 nm, provoquant une photoluminescence dans le visible des nanocristaux [11]. Enfin en 2013, Yoon et al. ont publié des QR codes centimétriques obtenus par impression jet d’encre de molécules de diacétylène. De la même manière que pour Meruga et al., l’impression initialement invisible à l’œil nu peut être révélée, cette fois par irradiation UV. L’exposition du QR code aux UV génère la polymérisation des molécules de diacétylene et une modification de l’indice optique du QR code imprimé permettant son observation optique (couleur bleu). De plus, la thermochromicité du polydiacétylène formé permet de valider l’authenticité du QR code après un simple traitement thermique : sous l’effet d’une hausse de température, le QR code passe d’une couleur bleu à rouge, puis jaune.

Ces quelques exemples témoignent de l’intérêt grandissant porté aux QR codes, aussi bien dans la vie courante, que dans l’industrie et la recherche, et renforcent l’intérêt de leurs utilisations pour la réalisation d’étiquettes de marquage micrométriques sécurisées par assemblage dirigé de nanoparticules colloïdales.

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135 Le QR code est un code-barres 2D. Malgré des tailles plus importantes en comparaison des codes-barres 1D, les codes-barres 2D possèdent une densité d’informations stockées bien supérieure. Ce sont de fait des outils de choix pour le stockage d’informations. D’une manière générale, le QR code permet de stocker une quantité d’informations plus importante que les autres barres-codes 2D, avec un niveau de redondance équivalent ou supérieur. Le Tableau IV.1 présente un comparatif de la quantité d’informations stockées au sein des codes-barres 2D les plus répandus.

Tableau IV.1 : Comparaison de la capacité de stockage de différents codes-barres 2D.

On observe que la capacité de stockage du QR code est au minimum 1,89 fois plus importante que celle des autres codes-barres 2D. La structure d’un QR code est présentée sur la Figure IV.1.

Figure IV.1 : (a) QR code redirigeant vers le site du LPCNO et (b) structure du QR code.

Cette structure est commune à tous les QR codes, seules les zones associées à la version, au format et aux données sont appelées à changer. Les motifs d’alignement et le motif de positionnement permettent un décryptage rapide du QR code à 360° grâce au traitement informatique d’un cliché optique du QR code, tandis que le motif de synchronisation permet d’assurer un décryptage même en cas de distorsions. La version d’un QR code est définie par sa taille, variant de 21×21 modules (version 1) permettant de stocker un minimum de 72 bits, à 177×177 modules (version 40) permettant de stocker jusqu’à 23 648 bits. Le format est déterminé par le masque utilisé pour le QR code (7 choix possibles) ainsi que le niveau de redondance. Ce dernier fixe la robustesse du QR code, i.e. sa capacité à supporter des dégradations sans perte d’informations. La redondance du QR code est basée sur l’algorithme de correction d’erreur de Reed-Solomon [12]. L’adaptation de cet algorithme permet de sur-échantillonner une fonction mathématique obtenue à partir d’une conversion des bits d’informations à stocker dans le QR code en polynôme. La fonction mathématique sur-échantillonnée est ensuite reconvertie en donnée binaire. Ces données sont inscrites dans la zone de données du QR code. Le sur-échantillonnage traduit une redondance permettant à un logiciel de décryptage de reconstruire le polynôme source même en cas d’altération ou de destruction partielle de la zone de données. Quatre niveaux de redondance peuvent être utilisés, permettant un décryptage valide du QR

Nom QR Code PDF417 DataMatrix (Flashcode) MaxiCode Exemple de représentation Capacité de stockage maximale Caractères Alphanumériques 4296 1850 2355 93 Caractères numériques 7089 2710 3116 138 Bits 23648 8144 12448 - Version Format Données Motif d’alignement Motif de positionnement Motif de synchronisation (b) (a)

136 code en deçà d’un certain pourcentage d’erreur : L (7%), M (15%), Q (25%) et H (30 %). Le nombre de bits d’information stockables dans un QR code dépend du niveau de redondance. Pour un même nombre de modules, une augmentation de la redondance implique une diminution du nombre maximal de bits d’information pouvant être stockés. Ainsi, le passage d’un niveau de redondance à l’autre pour un même nombre de bits d’information entraîne parfois une augmentation du nombre de modules composant le QR code, afin de permettre le stockage du surplus de bits introduit par la redondance. La Figure IV.2 met en évidence ce phénomène dans le cas d’un QR code redirigeant vers le site internet du LPCNO.

Figure IV.2 : QR codes redirigeant vers le site du LPCNO encryptés avec différents niveaux de

redondance : (a) L, (b) M, (c) Q et (d) H.

Le nombre de bits d’information stockés dans cet exemple est de 240. Le nombre de modules constituant chaque QR code est dépendant du niveau de redondance : 25×25 (L), 29×29 (M), 29×29 (Q), 33×33 (H). Un QR code de 25×25 modules permet de stocker une quantité maximale de 272 bits avec un niveau de redondance L. Le nombre maximum de bits stockées est de 224 dans le cas d’un niveau de redondance M, justifiant le passage à un QR code de 29×29 modules (Figure IV.2.b). Ce dernier permet de stocker 352 bits (M), 272 (Q) ou 208 (H), justifiant dans notre cas l’absence de changement de taille du niveau de redondance M à Q, et le passage à un QR code de 33×33 modules au niveau H.

En définitive, le QR code constitue un outil fiable par sa redondance, pouvant être décrypté rapidement à 360° par informatique grâce à ses multiples motifs de repérage, et capable de stocker une large quantité d’informations sur une surface minimale. Notons qu’il s’agit d’un support libre de droit, ayant permis le développement de nombreux outils de lecture sur diverses plateformes, notamment sur iOS et Android utilisés dans les smartphones. C’est pour l’ensemble de ces raisons que nous avons retenu le QR code pour la réalisation d’étiquettes de marquage micrométriques en nanoparticules colloïdales par nanoxérographie par AFM.