Travaux sur la normalisation

Les travaux en cours de ZAMAN Shahood-Uz ont pour but de proposer des tests reproduisant les étapes du lavage domestique pour comprendre les détériorations subies par les matériaux mais aussi comparer des produits entre eux. Pour aller plus loin, si les tests mis en place sont pertinents pour nos partenaires industriels, ils pourront être mis à profit dans de futures normes. Dans ce contexte, nous avons rédigé pour l’Association Connecting Electronics Industries (IPC) un « White Paper » (IPC- WP-024: IPC White Paper on Reliability and Washability of Smart Textile Structures – Readiness for the Market) [105]. Ce document explique le contexte de nos travaux en cours et les premiers résultats obtenus (chapitre 3.2 et 3.3). Des liens entre la résistance électrique et l’état de surface des fils PA/Ag sont également investigués et à terme seront également inclus dans notre modèle et notre approche système.

L’American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC)15 a également montré son intérêt pour nos travaux autour du lavage et du potentiel futur développement de tests accélérés dédiés aux e-textiles. L’AATCC pourrait être partie-prenante d’une future étude puisqu’elle a accès à une base de données très importante sur les lavages industriels.

D’autres entités, avec une entrée « électronique », expriment des besoins en matière de normalisation. Ainsi l’International Electrotechnical Commission (IEC16) a un programme de travail dédié au « Wearable electronic devices and technologies » (TC124). Le but est de proposer des normes dans le domaine de l’électronique portable (sur les vêtements et le corps), incluant les éléments patchables, implantables, ingérables et les dispositifs et matériaux textiles électroniques. Même si des interactions sont envisageables avec ce type de groupe de travail, nos travaux vont se focaliser sur des aspects plus textiles qu’électroniques.

15 _{American Association of Textile Chemists and Colorists, https://www.aatcc.org/, Septembre 2018} 16

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3.5 Conclusion

Les travaux débutés sur le lavage des textiles intelligents ont pour l’instant permis de découper le lavage domestique en différentes phases de sollicitations et de mettre au point des tests préliminaires. Ils sont basés sur des appareils de métrologie normalisés, doivent permettre de comprendre les dégradations subies par les matériaux, classer les produits du marché, puis, à terme proposer des tests normés. Sur ce dernier point, des travaux avec l’IPC sont amorcés.

Ces activités sur la fiabilisation des systèmes textiles intelligents ont été valorisées par 1 white paper [105] et 1 conférence [87].

4 Synthèse

Pour conquérir le marché grand public les e-textiles doivent se fiabiliser, résister aux usages et notamment aux lavages. Cela est d’autant plus vrai lorsque les applications concernent l’habillement ou les sous-vêtements. Actuellement, uniquement des produits possédant de l’électronique intégrée « grossièrement », car surprotégée, sont disponibles. Pour attendre une meilleure acceptabilité de la part du consommateur, l’implémentation doit être d’un plus haut niveau17.

Cette partie montre, en exemple, le travail en cours de réalisation sur une brassière où nous mettons à profit notre expérience de l’utilisation du PEDOT:PSS pour le modifier et ainsi augmenter la durée de vie au lavage des électrodes ECG. Ce travail sur les matériaux est primordial mais souffre d’un manque de données amont sur le lavage. Comme dans de nombreuses autres études, à l’issu d’un lavage, le fonctionnement ou non d’une électrode, ou d’une interconnexion est constaté mais sans savoir quelle étape a causé les dommages irréversibles. Ainsi, les travaux amorcés et futurs portent, premièrement, sur l’étude du lavage domestique avec son découpage en phases et la recherche de toutes les contributions et interactions entre les contraintes mécaniques, thermiques, chimiques etc. puis, à terme sa modélisation pour prévoir ses effets sur les futurs e-textiles. Deuxièmement et en parallèle, nous mettons en place des tests pour simuler l’effet de certaines étapes du lavage domestique sur les fils de connexion. En effet, par expérience, c’est sur ces éléments qu’est localisée la majorité des défaillances et ce sous-système inclut une grande partie de l’ensemble des problématiques rencontrées lors du développement de e-textile.

A terme, en complément de travaux déjà existants18, et en travaillant avec des institutions renommées, nous allons proposer des tests normés sur l’évaluation (ou la prévision) de la tenue au lavage domestique des e-textiles.

Ces activités sur la fiabilisation, durabilité et la normalisation des systèmes textiles intelligents ont été valorisées par 2 publications et 3 conférences.

17 _{UIT (Union des Industries Textiles). Livre Blanc Sur Les Textiles Intelligents; 2017.} 18

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Conclusion générale et perspectives

Depuis sa création il y a 25 ans, le laboratoire GEMTEX de l’ENSAIT s’est développé autour de nombreux thèmes d’études qui structurent aujourd’hui l’entité en 3 groupes de recherche. La force du laboratoire est son encrage national et international et ses collaborations avec des laboratoires, PME, start-up, grands groupes, dans de nombreux projets privés ou collaboratifs.

Au niveau mondial, les premiers travaux formalisés sur les textiles intelligents datent des années 1990’ et le laboratoire GEMTEX a été naturellement un pionnier dans leurs développements grâce à sa jeunesse et à la vision de certains enseignants chercheurs.

L’explosion de la thématique « système textile intelligent » dans les années 2000 – 2005 a été une opportunité pour le laboratoire de travailler sur des sujets autour des polymères conducteurs intrinsèques (PCI) et composites polymères conducteurs (CPC) et de leurs applications en tant qu’actionneurs et capteurs. Sur ce dernier sujet, j’ai effectué ma thèse de doctorat (2004 – 2007) et ensuite saisi l’opportunité de travailler sur de nombreux autres sujets riches et variés. Dans ce contexte, ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches reprend les résultats marquants de mon thème de recherche : les Textiles Intelligents. Il décrit plus particulièrement mon approche de la thématique qui est le résultat de la rencontre entre une formation en Sciences des Matériaux et le

Textile (structure) rehaussée aux méthodes et procédés de l’Automatique (approche système,

capteurs et actionneurs, traitements de données).

La première partie résumant mes activités de recherche, d’enseignement et administratives montre, en premier lieu, un investissement réel dans la vie de l’établissement tant au niveau de la tutelle qu’au niveau du laboratoire avec des implications dans les diverses instances. En second lieu, en ce qui concerne l’enseignement, par notamment, la création de modules de cours (Domaine Textile

Intelligents) nous faisons bénéficier nos étudiants de nos activités de recherches. Ce point est à

poursuivre pour continuer à préparer nos ingénieurs aux futurs marchés. L’ouverture aux nouvelles méthodes pédagogiques permet également de mettre en avant et d’atteindre d’autres compétences mais aussi de toucher d’autres publics avec le développement de MOOC et de e-learning.

Les actionneurs textiles diffuseurs de lumière à base de fibres optiques que nous avons développés au cours de deux projets collaboratifs trouvent actuellement des applications dans des dispositifs médicaux en passe d’être commercialisés par un des partenaires. Nous poursuivons nos activités sur les cellules électrochromes textiles dans le projet FUI LITEVA (débuté en janvier 2018) pour des applications dans l’habitacle automobile. Le but du projet est de fiabiliser la cellule pour augmenter sa durée de vie et travailler sur son processus de fabrication pour qu’elle puisse être incluse à la fabrication d’une pièce d’habitacle.

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Les capteurs pour structures textiles sont un sujet représentatif de mon approche de la thématique par le biais des matériaux, structures, et du traitement. Sur les deux premiers points, pour des applications aéronautiques, nous avons mis en évidence notre capacité à réaliser des mesures in-situ de finesse élevée compte tenu du contexte. Fort de ces résultats, des travaux dans le domaine composite, conjoints avec l’équipe MTC, ont été amorcés et seront sources de projets futurs. Nous allons poursuivre le monitoring de l’avancé du front de résine pour, à terme, mieux simuler et optimiser les processus de mise en œuvre des pièces. D’autre part, nous avons procédé à des demandes de financements (DGA, fin 2018) pour des applications dans le domaine de l’évaluation à cœur du vieillissement des composites aéronautiques (SHM) par des systèmes multicapteurs sans fil.

La conversion d’énergie et transfert de données par les textiles est une nouvelle thématique engagée il y a cinq ans et s’appuie sur des partenariats de plus en plus forts avec d’autres laboratoires. En effet, tant au niveau des matériaux piézoélectriques (agencement de la phase β) que des structures des antennes récupératrices (formes et dimensions) et pour le guidage d’ondes (méta matériaux), des besoins forts en caractérisations et simulations en amont sont nécessaires. Autour des propriétés électromagnétiques, les projets en cours vont permettre de poursuivre ces collaborations avec l’IEMN. Le but à moyen terme est de proposer un ensemble de solutions sécurisées de communication on body sans fil reposant sur du guidage d’ondes (transfert de données sur un même vêtement par exemple) et des antennes (transfert de données sans contact entre deux vêtements par exemple). En ce qui concerne, l’effet piézoélectrique, nous avons procédé à des demandes de financements (ANR, fin 2018) pour étudier morphologiquement d’autres mélanges de polymères dans le but de faciliter l’usage des textiles piézoélectriques, en améliorant par exemple leur processabilité, leur capacité à la teinture, à l’implémentation d’électrodes etc.

Le thème le plus récent mais le plus transversal concerne la fiabilisation et la normalisation des textiles intelligents. Autour des e-textiles, depuis maintenant une dizaine d’année, les concepts se développent, les besoins apparaissent et le marché se prépare. Les projets et prototypes quittent les laboratoires pour alimenter les entreprises et start-up. Si le rythme est conservé, les 10 prochaines années seront consacrées aux développements de masse mais cela implique nécessairement une fiabilisation générale des systèmes et une amélioration de l’acceptabilité et de l’appropriation de la part du consommateur. Ces derniers points passent notamment par l’abaissement des contraintes d’usages qui peuvent être améliorées par l’utilisation de systèmes de communication on body. Néanmoins, le besoin de fiabilisation des systèmes vis-à-vis du lavage persistera. Les travaux engagés sur ce thème vont suivre deux axes. Un premier où nous allons mettre en œuvre, au sein de systèmes intelligents, les matériaux et les procédés que nous développons et maitrisons pour fiabiliser le tout. Dans ce contexte, nous avons, par exemple, réalisé une demande de financements (EDA, fin 2018) pour un sujet autour du soldat (sujet confidentiel). Le deuxième axe concerne les méthodes et les normalisations des tests au lavage des e-textiles. Actuellement, nous formalisons les

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protocoles de tests, que nous avons établis à partir de l’étude de cycles de lavage domestique, pour évaluer la dégradation d’interconnexions brodées. Les recommandations de la communauté scientifique et industrielle suite à la publication de ces résultats et du white paper, les échanges lors des conférences orienteront nos futurs travaux sur cet axe récent.

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