Textiles intelligents – Approche système

N° ordre :

Habilitation à Diriger des Recherches

Ecole Doctorale Sciences Pour l’Ingénieur de l’Université de Lille

Textiles Intelligents – Approche Système

Cédric Cochrane

Présentée le 30 Novembre 2018 devant le jury composé de :

Prof. René Rossi

Empa - Swiss Federal Laboratories for Materials

Science and Technology

Rapporteur

Prof. Philippe Vanheeghe

Informatique, Signal et Automatique de Lille

Rapporteur

Prof. Alain Pruski

Université de Lorraine, Laboratoire de

Conception, Optimisation et Modélisation des Systèmes

Rapporteur

Prof. Ahmed Rachid

Rapporteur

Prof. Lieva Van Langenhove

Examinateur

Prof. Mireille Bayart

Informatique, Signal et Automatique de Lille

Examinateur

Prof. Vladan Koncar

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Remerciements

Je remercie en premier lieu Vladan KONCAR avec qui je travaille depuis ma thèse de Doctorat. Il m’a toujours supporté et j’ai pu développer avec son aide mes sujets de recherche. Ses conseils sont toujours précieux et avisés.

J’adresse mes remerciements aux rapporteurs, Alain PRUSKI, Ahmed RACHID, René ROSSI, Philippe VANHEEGHE et aux examinateurs, Mireille BAYART, Lieva VAN LANGENHOVE pour avoir accepté d’évaluer ce travail.

Mes remerciements vont aux Post-Doctorants, Fern KELLY, Saad NAUMAN, Elena ONOFREI, Doctorants, Amale ANKHILI, Abderrahmane FACI, Baptiste GARNIER, Ludivine MEUNIER, Yesim OGUZ, Anaëlle TALBOURDET, Shahood Uz ZAMAN et étudiants en Master, que j’ai pu encadrer ou co-encadrer pour leurs travaux de recherche et les résultats obtenus. Sans leurs contributions, cette habilitation ne serait pas possible.

Je tiens à remercier mes collègues de l’ENSAIT et du GEMTEX, Enseignants, Enseignants-Chercheurs, ingénieurs, techniciens, ouvriers et personnels administratifs pour leur investissement ou appui. J’ai une pensée particulière pour Aurélie CAYLA et François RAULT qui ont à me supporter le plus au quotidien. Mes remerciements vont également, entre autres, à Sabine CHLEBICKI, Manuela FERREIRA, Stéphane GIRAUD, Guillaume LEMORT, Hubert OSTYN, Fabien SALAUN, Sébastien THOMASSEY avec qui j’ai toujours plaisir à échanger.

Je n’oublie pas les partenaires, industriels ou académiques avec qui j’ai pu travailler, en particulier : Jean-Jacques MARCADE (Centre d’essai en vol, DGA), Sophie PERRAUD (CNES), Serge MORDON (INSERM, U1189), Carla HERTLEER (Ghent University, jusque 2017), Ludovic BURGNIES (IEMN, groupe DOME), Christian COURTOIS (LMCPA, Université de Valenciennes), Dirk DE SAEDELEIR (Sommer Needlepunch), Nadège BOUCARD (Texinov) et bien d’autres.

En plus des personnes citées ci-dessus, mon parcours a été ponctué de belles rencontres faites dans les laboratoires, entreprises, conférences, qui m’ont donné et qui me donnent toujours envie de faire ce métier. A l’heure de ce bilan, j’ai une pensée pour ces rencontres enrichissantes.

Enfin, j’adresse mon affection à toute ma famille, et particulièrement à ma femme et mes filles, pour leur soutien et leur patience.

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Introduction

Ce mémoire synthétise l’essentiel de mes activités au sein de l’Ecole Nationale Supérieure des Arts et Industries Textiles (ENSAIT) et de son laboratoire, le GEMTEX, depuis la préparation de ma thèse de Doctorat. J’y suis arrivé en 2004 avec une formation orientée sciences des matériaux et je me suis très vite positionné à l’interface des trois groupes de recherche du laboratoire GEMTEX (Matériaux Textiles et Procédés ; Mécanique Textile Composite ; Design Centré sur l’Humain) pour axer mes activités sur les Textiles Intelligents. Dans les années 2000 – 2005, cette thématique, et plus particulièrement les e-textiles (textiles intégrants de l’électronique), se développe très fortement dans tous les laboratoires et plus seulement dans les laboratoires textiles leaders tel que le GEMTEX.

La première des cinq parties de ce rapport est consacrée à une présentation résumée de mes activités de recherche, d’enseignement et administratives. J’y synthétise dans le chapitre 3.1 (Résumé des thèmes de recherches, page 22), ma propre approche de la thématique Textiles Intelligents qui représente le résultat de la rencontre entre une formation en Sciences des Matériaux et le Textile rehaussé aux méthodes et procédés de l’Automatique. Le chapitre relatif aux activités pédagogiques met en avant ma volonté d’expérimenter de nouvelles formes d’apprentissages comme le e-learning ou les MOOC. Je participe également au renforcement du lien très fort, existant à l’ENSAIT, entre l’enseignement et la recherche, tout en faisant évoluer les thématiques enseignées en fonction de besoins de nos étudiants. Ainsi, en quelques années, d’un module de cours de quelques heures consacrées aux capteurs textiles, nous sommes passés à une unité d’enseignement (Domaine) de cours Textiles Intelligents représentant 60 H.

La deuxième partie de ce manuscrit récapitule mes travaux sur les actionneurs textiles au travers de trois exemples. En premier lieu, j’expose la mise au point et l’étude d’enductions chauffantes (très en lien avec les matériaux) et des travaux sur la faisabilité de textiles chauffants régulés par coefficient de température positif (CTP). Un autre exemple traite de l’obtention de structures afficheurs électrochromes textiles, au nombre de couches réduit, et des moyens que nous avons mis en œuvre pour caractériser les changements de couleurs obtenus. Enfin, le dernier exemple expose le développement, et l’optimisation, d’un tissu diffuseur de lumière pour la thérapie photo dynamique (PDT) dont l’émission de lumière est seulement basée sur la mise en œuvre des fibres optiques par tissage (dépassement de l’angle limite).

Mon activité principale de recherche est résumée dans la troisième partie et porte sur le développement de capteurs mécaniques textiles. Les travaux sur ce thème ont débuté avec ma thèse de doctorat sur la conception d’un capteur d’allongement pour voilure de parachute permettant de monitorer le déploiement de la voile (pour la DGA). Suite à ce premier développement, nous avons

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amélioré et appliqué le savoir-faire obtenu à d’autres applications aéronautiques (pour le CNES), mais aussi pour des applications composites en lien avec les activités du groupe de recherche MTC du GEMTEX. Cette maitrise comprend différentes étapes, comme l’élaboration de matériaux spécifiques, la mise en œuvre de capteurs et de la connectique, la caractérisation, le traitement des données… Les travaux sur les structures composites nous ont permis de monitorer les renforts textiles à différentes étapes de leurs utilisations comme pendant le tissage, lors de l’infusion ou lors des tests finaux sur éprouvettes.

La quatrième partie est consacrée à la présentation de mes travaux sur la conversion d’énergie et le transfert de données par les textiles. Ce sujet est lié à l’essor mondial de la thématique du nomadisme (wearable technologies) et est traité depuis 2013 à l’ENSAIT. A propos de la récupération d’énergie, nous avons pu investiguer l’utilisation de textiles réalisés à partir de polymères piézoélectriques pour convertir de l’énergie mécanique et mettre en avant, notamment, l’importance de la structure textile récupératrice. Dans ce même contexte, nous travaillons, en partenariat avec l’IEMN, sur la fabrication d’antennes textiles pour la récupération d’énergie électromagnétique perdue (WiFi). Ce même partenariat nous fait également collaborer sur la mise au point de textiles permettant le transfert de données soit par du guidage d’onde de surface (métamatériaux) soit par des antennes (NFC par exemple) pour des applications dans le domaine des vêtements connectés (on-body communication).

La cinquième partie fait état des travaux amorcés, depuis environ un an, sur la fiabilisation et la normalisation des systèmes textiles intelligents et occupera mon activité de recherche dans les années à venir. Ce thème répond à un besoin croissant puisque même si les concepts e-textiles sont prouvés par des prototypes et des démonstrateurs, les produits sont globalement absents du marché. Un des principaux freins identifié est le manque de fiabilité dû à l’usage domestique et notamment au lavage. Un premier chapitre prendra, en exemple, la fiabilisation d’une brassière pour le monitoring ECG (développement conjoint avec une start-up). Nous y présenterons les matériaux utilisés, leur comportement au lavage, et l’approche système en cours d’utilisation pour évaluer la qualité des électrodes. Le second chapitre est consacré aux travaux débutés afin de comprendre l’influence du lavage sur les interconnexions et comment nous travaillons à la proposition de tests pour évaluer la fiabilité de composants e-textiles.

Ce mémoire peut se présenter comme complexe dans sa forme mais il rend compte avant tout de la richesse de la thématique et des applications concernées par les textiles intelligents. Les quatre thèmes de recherche résumés et exposés sont riches en informations et peuvent être perçus comme trop détaillés. Néanmoins ces travaux étant multi domaines, et le fruit de nombreuses collaborations, les détails apportés sont importants pour satisfaire le large public lecteur de ce manuscrit.

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Sommaire

Remerciements ... 3

Introduction ... 5

Sommaire ... 7

Liste des figures ... 11

Liste des tableaux ... 14

Liste des sigles et acronymes ... 15

Première Partie – Présentation synthétique des activités de recherche, d’enseignement et administratives ... 17

1 Curriculum Vitae ... 17

2 Récapitulatifs des activités administratives, pédagogiques et de recherche ... 19

3 Synthèse des activités de recherche ... 22

3.1 Résumé des thèmes de recherches ... 22

3.2 Encadrements ... 26

3.3 Collaborations et contrats de recherche ... 30

3.4 Publications, communications et rayonnement ... 34

4 Synthèse des activités pédagogiques et encadrement d’étudiants ... 43

4.1 Résumé des enseignements ... 43

4.2 Développement de nouveaux enseignements ... 47

4.3 Formation continue ... 49

4.4 Nouvelles méthodes d’apprentissages ... 49

4.5 Encadrement pédagogique d’étudiants (Depuis 2012) ... 50

5 Synthèse des activités administratives et collectives... 53

5.1 Participation aux instances ... 53

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Deuxième Partie – Travaux sur les actionneurs textiles ... 57

1 Introduction ... 57

2 Les textiles chauffants ... 57

2.1 Introduction ... 57

2.2 Travaux sur les enductions chauffantes ... 58

2.3 Travaux sur les textiles chauffants régulés par CTP ... 61

2.4 Conclusion ... 63

3 Les textiles électrochromes pour les textiles communicants ... 64

3.1 Introduction ... 64

3.2 Cellules électrochromes à base de PANI ... 65

3.3 Cellules électrochromes à base de Polythiophène ... 66

3.4 Evaluation des changements de couleur des cellules électrochromes textiles ... 68

3.5 Conclusion ... 71

4 Les textiles diffuseurs de lumière pour la thérapie photodynamique ... 71

4.1 Introduction ... 71

4.2 Mise au point d’un textile diffuseur de lumière ... 72

4.3 Optimisation par les plans d’expériences de la puissance et de l’homogénéité de la lumière émise par les textiles lumineux ... 76

4.4 Conclusion ... 80

5 Synthèse ... 81

Troisième Partie – Travaux sur les capteurs textiles ... 83

1 Introduction ... 83

2 Revêtement de sol pour le monitoring des déplacements ... 83

2.1 Introduction ... 83

2.2 Conception du système ... 84

2.3 Résultats ... 86

2.4 Conclusion ... 88

3 Les capteurs d’allongement pour tissu / film ... 89

3.1 Introduction ... 89

3.2 Matériaux et mise en œuvre ... 90

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3.4 Conclusion ... 111

4 Les capteurs filaires pour composite ... 112

4.1 Introduction ... 112 4.2 Monitoring du tissage... 112 4.3 Monitoring de l’infusion ... 116 4.4 Monitoring de la pièce ... 120 4.5 Conclusion ... 122 5 Synthèse ... 123

Quatrième partie – Travaux sur la conversion d’énergie et le transfert de données par les textiles ... 125

1 Introduction ... 125

2 Conversion d’énergie mécanique par un textile piézoélectrique ... 125

2.1 Introduction ... 125

2.2 Obtention d’un matériau piézoélectrique... 126

2.3 Structures textiles 100 % PVDF ... 128

2.4 Caractérisation des structures textiles piézoélectriques ... 129

2.5 Conclusion ... 133

3 La conversion d’énergie électromagnétique par des antennes textiles ... 134

3.1 Introduction ... 134

3.2 Optimisation des structures ... 135

3.3 Conclusion ... 139

4 Le transfert d’énergie et de données par des structures textiles ... 140

4.1 Introduction ... 140

4.2 Travaux sur les métamatériaux textiles ... 140

4.3 Travaux sur le NFC ... 144

4.4 Conclusion ... 146

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Cinquième partie – Travaux sur la fiabilisation, la durabilité et la normalisation des systèmes

textiles intelligents ... 147

1 Introduction ... 147

2 Fiabilisation d’une brassière pour le monitoring cardiaque ... 148

2.1 Introduction ... 148

2.2 Structure de la brassière ... 148

2.3 Présentation et évaluation des matériaux d’électrodes ... 150

2.4 Evaluation du système ECG ... 152

2.5 Conclusion ... 156

3 Lavage des systèmes textiles intelligents ... 157

3.1 Introduction ... 157

3.2 Etude du procédé de lavage domestique ... 157

3.3 Mise en place de tests ... 159

3.4 Travaux sur la normalisation ... 160

3.5 Conclusion ... 161

4 Synthèse ... 161

Conclusion générale et perspectives ... 163

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Liste des figures

Figure 1 : Récapitulatif des activités administratives et collectives : participations aux instances et à d’autres activités de

l’ENSAIT depuis 2010. ... 19

Figure 2 : Structure de l’élément chauffant [25]. ... 58

Figure 3 : Résistivité électrique de l’enduction en fonction du taux de charge [25]. ... 60

Figure 4 : Augmentation de la température des éléments chauffants en fonction de la puissance d’alimentation [25] ... 60

Figure 5 : Image infrarouge d’un élément chauffant (60 wt.-% CB) sous 15 V de t=0 (a) à t=180 s (f) [25] ... 61

Figure 6 : Procédé de fabrication et configuration d’une enduction chauffante [108] ... 62

Figure 7 : Effet CTP des enductions paraffine / CB 20 et 25 wt.-% [108] ... 63

Figure 8 : Température de surface de 3 éléments chauffants en 3 localisations, sous 12 V [108] ... 63

Figure 9 : Structure 7 couches de base d’une structure électrochrome [110] ... 64

Figure 10 : Structure 4 couches mise au point pour les cellules électrochromes à base de nontissé / PANI [115] ... 65

Figure 11 : Cellule électrochrome à base de nontissé (viscose) / PANI. Vue de profil (a), avant (b) et après (c) application de +3 V (1 minute) ... 66

Figure 12 : Changements de couleurs obtenus pour des cellules à base de polythiophènes [11] ... 66

Figure 13 : Cellule électrochrome à base de thiophène tout textile (a), dans son état oxydé (b) et neutre (réduit) (c) ... 68

Figure 14 : Spectrophotomètre et alimentation permettant le fonctionnement in-situ des cellules électrochromes [116] ... 68

Figure 15 : Notations dans l’espace CIE ... 69

Figure 16 : Coordonnées CIE L*a*b* d’une cellule à base de 2,2-BT neutre et oxydée [116] ... 70

Figure 17 : Coordonnées CIE L*a*b* d’une cellule à base de 2,3-BT neutre et oxydée [116] ... 70

Figure 18 : Illumination de la peau par un panneau de LED (Aktilite CL16)(a) et distribution des puissances (mW.cm-2) sur la zone illuminée (7 x 5 cm) (b)[118] ... 72

Figure 19 : Causes de pertes de lumière dans une fibre guide de lumière ... 73

Figure 20 : Mesures (fitted) de la puissance lumineuse sur les tissus Satin 4 (SW4), Satin 6 (SW6) et Satin 8 (SW8) [8] ... 74

Figure 21 : Simulation de la puissance lumineuse émisse par les tissus Satin 4 (SW4), Satin 6 (SW6) et Satin 8 (SW8) avec de la lumière injectée des deux côtés [8] ... 74

Figure 22 : Schéma simplifié de la composition du module textile diffuseur de lumière (largeur 21,5 cm) ... 75

Figure 23 : Module textile diffuseur de lumière [8] ... 76

Figure 24 : (a) Configuration des ensouples pour le tissage des modules textiles diffuseurs de lumière sur machine industrielle et (b) système de mise en tension des ensouples [118] ... 76

Figure 25 : (a) Représentation du réseau de Doehlert dans l’espace expérimental et (b) tensions correspondant aux niveaux codés [118] ... 78

Figure 26 : Graphiques d’adéquations entre les valeurs expérimentales et les valeurs renvoyées par les modèles pour P et H [118] ... 79

Figure 27 : Surfaces de réponse pour les modèles P et H en fonction des facteurs B et C (pour A = - 1) [118] ... 79

Figure 28 : Textiles diffuseurs de lumière (a) avant et (b) après optimisation par les plans d’expériences [118]... 80

Figure 29 : Dispositif à base de textile diffuseur de lumière pour essais cliniques, (a) schéma de principe et (b) prototype fonctionnel ... 81

Figure 30 : Structure du revêtement de sol [90] ... 84

Figure 31 : Distribution des capteurs sur le prototype de dalle [20] ... 85

Figure 32 : Organisation de l'analyse des données en 5 étapes [37] ... 85

Figure 33 : (a) positionnement de la masse sur la dalle (75 kg), (b) signal non filtré, (c) signal après élimination du bruit [90] ... 86

Figure 34 : Amplitude moyenne du signal en fonction des masses statiques [90] ... 86

Figure 35 : Evolution de la résistivité électrique d’un CPC en fonction de la concentration volumique de charge [134] ... 91

Figure 36 : Résistivité électrique en fonction du taux de charge pour les CPC (EVO – CB) préparés en voie fondue (EVO/CB M) et en voie solvant (EVO/CB S) [3] ... 93

Figure 37 : Propriétés et composition de la dispersion Clevios 105D (Heraeus) ... 94

Figure 38 : Résistance électrique en fonction du taux de charge pour le CPC (Silicone - PEDOT:PSS) [19] ... 95

Figure 39 : Schéma de la table d’enduction développée... 96

Figure 40 : Nombre de capteurs fonctionnels (sur voilure de parachute) après pliage et 3 essais en vol successifs ... 98

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Figure 42 : Vues d’ensembles et schéma en coupe du capteur pour voilure de parachute [134] ... 99

Figure 43 : Schéma du capteur sur (a) film LPDE et (b) films LDPE renforcés par des rubans de PET [19] ... 100

Figure 44 : Résistance électrique normalisée d’un capteur CPC (EVO – CB) sur toile de parachute en fonction de son élongation (jusqu’à rupture de l’éprouvette) [3] ... 101

Figure 45 : Résistance électrique normalisée de capteurs CPC (EVO – CB) sur toile de parachute en fonction de l’élongation pour différentes vitesses de sollicitation [134] ... 102

Figure 46 : Résistance électrique de 6 capteurs CPC (silicone – PEDOT :PSS) sur film en fonction de l’élongation [19] ... 103

Figure 47 : Evolution de la résistance électrique relative des capteurs CPC (EVO – CB) sur tissu de polyamide 6.6, sur 170 jours et relevé de l’humidité relative [5] ... 104

Figure 48 : Evolution de la résistance électrique relative des capteurs CPC (silicone – PEDOT:PSS) sur film LDPE, sur 85 jours et relevé de l’humidité relative [143] ... 104

Figure 49 : Réponse de 2 capteurs CPC (EVO – CB) à un échelon d’humidité relative (atmosphère sèche à 98 %HR)[134] .. 105

Figure 50 : Résistance électrique relative des capteurs en fonction de l’humidité relative pour différentes températures [3] ... 106

Figure 51 : Mesure en atmosphère sèche de la résistance électrique de capteurs sur la plage - 60°C / 120°C [134] ... 107

Figure 52 : Vue d’ensemble de l’instrumentation d’un parachute [5] ... 109

Figure 53 : Les trois phases de déploiement d’une voilure de parachute ... 110

Figure 54 : Enregistrement de a) la résistance relative du capteur CPC (EVO – CB) placé sur la voilure de parachute et b) la force mesurée au niveau du harnais par un capteur conventionnel, pendant l’ouverture du parachute [5]... 110

Figure 55 : a) Deux capteurs d’allongement équipant b) un petit parachute hémisphérique pour c) un lâché d’une tour. d) Enregistrement de l’allongement de la voilure pendant la descente et e) simulation l’état du parachute au même moment. D’après [148], [149], [150]. ... 111

Figure 56 : Représentation 3D des éléments d’une machine à tisser Dornier en contact avec les fils de chaîne lors du tissage ... 113

Figure 57 : Résistivité d’enduction CPC (PVA - PEDOT:PSS) en fonction du taux de PEDOT:PSS (solid content) [10] ... 114

Figure 58 : Vue d’un capteur CPC (PVA - PEDOT:PSS) (partie noire) sur roving verre E 300 tex [152] ... 115

Figure 59 : Résistance relative et force en fonction de la déformation d’un roving de verre E 300 Tex équipé d’un capteur CPC (PVA – PEDOT:PSS) [152] ... 115

Figure 60 : Mesure de la résistance relative d’un capteur CPC (PVA – PEDOT:PSS) sur fil situé dans une lisse en mouvement dynamique vertical [152] ... 116

Figure 61 : Variation de la résistance électrique normalisée en fonction de la longueur d’un fil PA/Ag recouverte de résine époxyde [76] ... 117

Figure 62 : Dispositif expérimental utilisé pour tester le monitoring de l’infusion par des fils PA/Ag [80] ... 118

Figure 63 : Résistances relatives de 3 fils PA/Ag placés perpendiculairement au sens d’avancée de la résine [76] ... 118

Figure 64 : (a) Images issues des vidéos montrant l’avancée du front de résine et (b) graphique montrant la trace du front de résine à différents temps ... 119

Figure 65 : Résistances relatives de 8 fils PA/Ag placés parallèlement au sens d’avancée de la résine ... 119

Figure 66 : Vue schématique de l’insertion des fils capteurs CPC (Latex – PEDOT:PSS) entre les couches tressées d’une éprouvette [14] ... 121

Figure 67 : Vue de l’éprouvette équipée de capteur a) avant consolidation, b) après consolidation et c) profils de température et de pression appliqués pour la consolidation [14]... 121

Figure 68 : Résistance électrique d’un capteur CPC (Latex – PEDOT:PSS) sur roving de verre inséré dans une éprouvette composite en fonction de son élongation ... 122

Figure 69 : (A) Spectres FT-IR de multifilaments 100 % PVDF pour des étirages (λ) de 2 à 5 et (B) calculs des fractions cristallines totales (Xc) et F (β) par DSC [79] ... 127

Figure 70 : Evolution du taux de cristallinité (Xc) et du taux de phase β (F(β)) de multifilaments 100 % PVDF pour des étirages de 2 à 6 [96] ... 127

Figure 71 : Schéma 3D de l’interlock diagonal dans l’épaisseur [159] ... 128

Figure 72 : Vue d’un échantillon textile placé entre les 2 électrodes de cuivre entre les plateaux du DMA pour une sollicitation en compression [159] ... 130

Figure 73 : Tension de sortie des étoffes 100 % PVDF sollicitée en compression sous différents taux de compression (%) et pré-charge (N) [159] ... 130

Figure 74 : Tension de sortie lors de la sollicitation sous DMA (100 Hz, 4 % de déplacement, 5 N) d’un interlock 100 % PVDF polarisé ou non [96] ... 131

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Figure 75 : Tension de sortie lors de la sollicitation sous DMA (100 Hz, 4 % de déplacement, 5 N) d’une toile 100 % PVDF

polarisée ou non [96] ... 131

Figure 76 : Tension de sortie lors de la sollicitation sous DMA (100 Hz, 4 % de déplacement, 5 N) de deux toiles superposées 100 % PVDF polarisée [96] ... 132

Figure 77 : Tension de sortie aux bornes des tricots 100 % PVDF réalisés avec des multifilaments étirés à λ = 1,25, 2, 3 et 4 ; sollicités en compression (DMA, 73,5 Hz, 40 % de déplacement, 10 N de pré-charge) [159] ... 133

Figure 78 : Schéma et dimensions d’une antenne patch brodée [164] ... 136

Figure 79 : Photos des antennes patch (a) S2 et (c) S4 et leurs diagrammes de rayonnements (b) (d) ... 137

Figure 80 : Schéma et dimensions d’une antenne bifilaire à résonateurs. (a) vue d’ensemble, (b) zoom sur l’un des résonateurs (IEMN) ... 138

Figure 81 : Photo d’une antenne bifilaire à résonateur brodé ... 139

Figure 82 : (a) Schéma d’ensemble du métamatériau tissé, (b) vue en coupe et (c) structure équivalente simulée (IEMN) [89] ... 141

Figure 83 : Tissu métamatériau obtenu à partir de fils de cuivre et de fils diélectriques d’après Figure 82 [13] ... 142

Figure 84 : Module et phase de la transmission à travers un tissu métamatériau (minimum, moyenne et maximum des mesures) [81] ... 143

Figure 85 : Transmission simulée pour un métamatériau tissé avec pX = 0,55 mm et pY variable [81] ... 143

Figure 86 : Distribution des mesures des périodes pX et pY [81] ... 144

Figure 87 : Vue des 3 électrodes et du module électronique (factice) sur la brassière @Health ... 149

Figure 88 : Evolution de la résistivité surfacique des tricots de différentes natures imprégnés de PEDOT:PSS en fonction du nombre de lavage subi [77] ... 151

Figure 89 : Circuit équivalent modèle de l’interface peau/électrode [99] ... 153

Figure 90 : Mesures et modèles de la magnitude et de la phase pour l’électrode de référence Ag/AgCl [99] ... 154

Figure 91 : Mesures et modèles de la magnitude et de la phase pour l’électrode coton imprégnée de PEDOT:PSS [99] ... 154

Figure 92 : Exemple d’ECG mesuré avec (a) un appareil médical portable (Colson CardiPocket 2) et (b) une carte SHIELD-EKG-EMG (OLIMEX) connectée sur un Arduino connecté à des électrodes en coton imprégné de PEDOT:PSS ... 156

Figure 93 : Evolution de la résistance relative de fil PA/Ag cousus après des cycles de a) lavages, b) abrasions (Martindale) et c) pilling box ... 159

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Liste des tableaux

Tableau 1 : Récapitulatif de la production scientifique et des encadrements depuis 2006 ... 20

Tableau 2 : Récapitulatif des enseignements effectués depuis 2005 ... 21

Tableau 3 : Détails des enseignements effectués durant la thèse (2004 – 2007)... 43

Tableau 4 : Détail des enseignements effectués en ATER (2007 – 2009) ... 44

Tableau 5 : Détails des enseignements effectués sur la période 2009 – 2012 ... 44

Tableau 6 : Détails des enseignements effectués depuis 2012 ... 45

Tableau 7 : Caractéristiques des individus du panel et données expérimentales [20] ... 87

Tableau 8 : Comparaison de différents revêtements de sol intelligents [20] ... 88

Tableau 9 : Caractéristiques générales de l’Evoprene® 007 ... 92

Tableau 10 : Caractéristiques du Printex ® L6 ... 92

Tableau 11 : Paramètres r et p (Équation 10), et facteurs de jauge moyens en fonction de la vitesse de sollicitation des capteurs [134] ... 102

Tableau 12 : Force d’arrachement des fils de connexion des capteurs CPC – PEDOT:PSS [19] ... 108

Tableau 13 : Taux d’étirage et fraction en phase β des multifilaments 100 % PVDF ... 133

Tableau 14 : Valeurs statistiques pour les périodes pX et pY [81] ... 144

Tableau 15 : Pourcentages massiques de PEDOT:PSS absorbé par des tricots de différentes natures [22]... 150

Tableau 16 : Résistivité surfacique des tricots de différentes natures imprégnés de PEDOT:PSS [22] ... 151

Tableau 17 : Paramètres du modèle pour les électrodes Ag/AgCl et coton imprégné de PEDOT:PSS [99] ... 155

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Liste des sigles et acronymes

A1 : 1ère année formation par apprentissage ENSAIT A2 : 2ème année formation par apprentissage ENSAIT A3 : 3ème année formation par apprentissage ENSAIT

ACL : Article dans une revue internationale ou nationale avec comité de lecture répertoriée dans la base de données Web of Science

ACLN : Article dans une revue internationale ou nationale avec comité de lecture non répertoriée dans la base de données Web of Science

ACP : Analyse en Composantes Principales

ACT : Communication avec acte dans un congrès international ou national AFF : Communication par affiche dans un congrès international ou national ANR : Agence Nationale de la Recherche

ATER : Attaché Temporaire d'Enseignement et de Recherche ATG : Analyse thermogravimétrique

BDE : Bureau Des Etudiants

CB : Carbon Black (Noir de Carbone) CHS : Comité d'Hygiène et de Sécurité

CIE L*C*h et CIE L*a*b*: Espace de couleur défini par la "Commission Internationale de l'Eclairage" en coordonnées polaires et cartésiennes

CLG : Conseil du Laboratoire GEMTEX CNES : Centre National d'Etudes Spatiales CNU : Conseil National des Universités

COM : Communication orale sans acte dans un congrès international ou national CPC : Conductive Polymer Composite (Composite Polymère Conducteur) CTP : Coefficient de Température Positif

DEA : Diplôme d’Etudes Approfondies

DEUG : Diplôme d’Etude Universitaires Générales DGA : Direction Générale de l'Armement

DMA : Dynamic Mechanical Analysis (analyse mécanique dynamique)

DOME : Dispositifs Opto- et Micro-Electroniques (Groupe de recherche de l'IEMN) DSC : Differential Scanning Calorimetry (Calorimétrie différentielle à balayage) E1 : 1ère année formation initiale ENSAIT

E2 : 2ème année formation initiale ENSAIT E3 : 3ème année formation initiale ENSAIT ECG : Electrocardiogramme

EDA : European Defence Agency (Agence de défense Européenne) EDOT : 3,4-Ethylenedioxythiophene, monomère du PEDOT EDS : Energy Dispersive Spectroscopy

ENSAIT : Ecole Nationale Supérieure des Arts et industries Textiles, Roubaix

ENSAV : Ecole Nationale Supérieure de Arts Visuels, Bruxelles, formation Bachelier Design Textile FBG : Fiber Bragg Grating (Réseau de Bragg sur fibre)

FUN : France Université Numérique

GEMTEX : Laboratoire Génie et Matériaux Textiles, ENSAIT, Roubaix HDR : Habilitation à Diriger les Recherches

HEI : Ecole des hautes études d'ingénieur IEC : International Electrotechnical Commission

INSERM : Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale IoT : Internet of things (Internet des objets)

ITT : Ingénierie des Textiles Techniques (Une des deux options ENSAIT) LED : Light-emitting diode (Diode électroluminescente)

LP : Licence Professionnelle

LP T-IN : Licence Professionnelle Textiles Innovants (Université de Lille, ENSAIT), remplace la LP TUT depuis 2015

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LP TUT : Licence Professionnelle Textiles à Usages Techniques (USTL, ENSAIT), remplacée par la LP T-IN depuis 2015

LRI : Liquid Resin Infusion (Infusion de résine liquide)

MOOC : Massive Open Online Courses (cours en ligne ouverts et massifs) MS : Mastère Spécialisé

MS CIM : Mastère Spécialisé Commerce et Innovation dans la Mode (IAE, IFM, ENSAIT), remplacé par le MS MIM depuis 2014

MS GSI : Mastère Génie des Systèmes Industriels (Chimie Lille, Centrale Lille, ULCO, ENSAIT)

MS MIM : Mastère Spécialisé Management et Innovation dans la Mode (IAE, IFM, ENSAIT), remplace le MS CIM depuis 2014

MST : Maîtrise de Sciences et Techniques

MTC : Mécanique, Textiles Composites (Groupe de recherche du GEMTEX) MTP : Matériaux Textiles et Procédés (Groupe de recherche du GEMTEX) NFC : Near Field Communication (Communication en champ proche) OS : Chapitre d'ouvrage

PA/Ag : Polyamide/ Argent (notation générique utilisée pour désigner les fils en polyamide métallisés argent) PANI : polyaniline

PCI : Polymère Conducteur Intrinsèque

PDT : PhotoDynamic Therapy (Thérapie Photo Dynamique)

PET-ITO : Désigne une feuille de PET (polyéthylène téréphtalate) sur laquelle il y a un dépôt d'ITO (Indium tin oxide) conducteur et souvent transparent

PFE : Projet de Fin d'Etude ("Stage" niveau Master) PIAVE : Projet Industriel d'AVEnir

PVDF : Polyfluorure de vinylidène (polymère piézoélectrique sous certaines conditions) RF : Radio Fréquence

SBS : Styrène-Butadiène-Styrène (Elastomère thermoplastique) SHM : Structural Health Monitoring (Contrôle de santé des structures) TPE : Thermo Plastic Elastomer (Elastomère Thermoplastique) TPU : Thermoplastic PolyUrethane (polyuréthane thermoplastique) UIT : Union des Industries Textiles

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Première Partie – Présentation synthétique des activités de

recherche, d’enseignement et administratives

1 Curriculum Vitae

COCHRANE Cédric

Date de naissance : 27 juin 1979

Fonction actuelle : Maître de Conférences (depuis 2012)

Etablissement d’affectation : ENSAIT (Roubaix), Laboratoire GEMTEX (EA 2461) Bénéficiaire d’une PEDR depuis le 01/01/2017 (évaluation AAAA)

Situation familiale : Pacsé, 2 enfants

Adresse Professionnelle : ENSAIT, GEMTEX, 2, Allée Louise et Victor Champier, 59056 Roubaix, France Adresse mail : cedric.cochrane@ensait.fr

Téléphone : +33 (0)3 20 25 64 62

Parcours académique

2007 Thèse en Sciences Pour l’Ingénieur, Université de Lille 1 (mention très honorable) “ Création d’un capteur d’effort souple, compatible textile. Application aux parachutes” Travaux menés à l’ENSAIT, en coopération avec la DGA (Centre d’Essais en Vol de Toulouse). Cotutelle avec l’IEMN de Villeneuve d’Ascq.

Soutenue devant :

Prof. M. BAYART, Université des Sciences et Technologies de Lille (Président du jury) Prof. J.F. FELLER, Université de Bretagne Sud (Rapporteur)

Prof. J.L. MIANE, ENSCPB (Rapporteur) Prof. V. KONCAR, ENSAIT (Directeur de Thèse) Dr. C. DUFOUR, IEMN (Co-Directeur de Thèse) Prof. Y. CANDAU, Université Paris XII (Examinateur) Dr. M. LEWANDOWSKI, ENSAIT (Examinateur) E. POQUILLON, DGA (Examinateur)

Qualification dans les sections CNU 33 (Chimie des matériaux) et 63 (Génie électrique, électronique, photonique et systèmes).

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2003 Diplôme d’Etudes Approfondies (DEA) en sciences des matériaux, Université de Lille 1 (mention assez bien).

2002 Maîtrise de Sciences et Techniques (MST) en fabrication et utilisation des matériaux nouveaux, Université de Valenciennes, antenne de Maubeuge.

2000 Diplôme d’Etude Universitaires Générales (DEUG) en science de la matière, Université du Littoral, Côte d’Opale, antenne de Calais.

Parcours professionnel

Depuis 2012 Maitre de conférences à l’ENSAIT / GEMTEX.

o Recherche : Automatique - Instrumentation, Capteurs et Actionneurs Flexibles, Structures intelligentes (Capteurs mécaniques, actionneurs visuels, structures pour récupération d’énergie et fiabilisation des e-textiles).

o Enseignement : Textiles intelligents, métrologie textile, plans d’expériences, gestion des projets étudiants.

2009 - 2012 Chargé de recherches (CDI) à l’ENSAIT / GEMTEX.

o Recherche : Faisabilité, développement, prototypage et caractérisation de textiles intelligents dans le cadre de projets privés et collaboratifs. Automatique - Instrumentation, Capteurs et Actionneurs Flexibles.

o Enseignement (vacations) : Textiles intelligents, gestion des projets étudiants.

2007 - 2008 ATER à l’ENSAIT / GEMTEX.

o Recherche : Mise en œuvre des composites polymères conducteurs (CPC) et leur emploi dans le domaine des textiles intelligents. Automatique - Instrumentation, Capteurs Flexibles. o Enseignement : Textiles intelligents, patronage de base, gestion des projets étudiants.

2004 - 2007 Doctorant au Laboratoire GEMTEX. Développement d’un système de mesure d’allongement pour voilure de parachute. Collaboration avec la DGA (Toulouse) et l’IEMN. Conception d’un capteur permettant d’évaluer l’allongement de la voilure d’un parachute pendant son ouverture.

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Activités administratives

2017 – présent

Membre élu du Conseil du Laboratoire GEMTEX Membre du conseil pédagogique de l’ENSAIT

Responsable du Domaine d’enseignement Textiles Intelligents

2015 – présent

Co-responsable du Module projet Fil Rouge

2014 – présent

Référent MOOC de l’ENSAIT

2012 – présent

Membre titulaire élu du Conseil Scientifique de l’ENSAIT Co-responsable du séminaire de découverte textile

2010 – 2012

Membre du Comité d’Hygiène et de Sécurité de l’ENSAIT

2 Récapitulatifs des activités administratives, pédagogiques et de

recherche

La Figure 1 synthétise mes activités administratives selon, premièrement, mes participations aux instances de l’ENSAIT (axe bleu) et, deuxièmement, à d’autres activités et responsabilités (axe orange).

Figure 1 : Récapitulatif des activités administratives et collectives : participations aux instances et à d’autres activités de l’ENSAIT depuis 2010.

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Le Tableau 1 récapitule, par année, mon activité en termes de production scientifique (articles et communications) et d’encadrements (Post-Doc, Thèse et Master). Le détail des références est donné à la fin de la première partie de ce rapport.

Tableau 1 : Récapitulatif de la production scientifique et des encadrements depuis 2006 (la liste des références est donnée au chapitre 3.4, page 34 et dans la bibliographie à la fin du rapport)

Années ACL [1]–[24] OS [25]–[35] ACLN [36]–[39] ACT [40]–[87] + [88] COM [89]–[91] AFF [92]– [104]

Post-Doc Thèse Master

P h D . 2006 (1+) 1 1 5 1 2007 1 2 5 1 1 ATER 2008 1 1 Ch arg é d e recherch e 2009 1 1 2010 1 1 2011 2 1 2 2 1 M aitre de co n fér ences 2012 1 1 6 2013 3 1 11 2 2014 1 1 + 1 INV 1 2015 3 1 3 2 1 2016 2 5 1 3 2 2 2017 4 1 7 2 2 2018 3 4 1 2 Total 24 11 4 49 3 13 4 3 + 3 en cours 9

Le Tableau 2 synthétise, par année et par discipline, les heures d’enseignements données depuis 2006. Dans chaque case est renseigné le type de présentiel (CM, TD et/ou TP), le public (MS, E3, A3, E2, A2, E1, A1 et/ou LP) et le nombre d’heures total équivalent TD.

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Tableau 2 : Récapitulatif des enseignements effectués depuis 2005

C ap teu rs – In str u men ta ti o n de s T exti le s Te xti le s In tell ig en ts Do main e tex ti le s In tell ig en ts C o n fe cti o n / p atr o n ag e Pl an s d ’exp é ri en ce s M étr o lo gi e Ph D. 2005-06 CM, TD, TP E3 22H 2006-07 CM, TD, TP E3, A3 75H AT ER 2007-08 CM, TD, TP E3, A3, LP 105H CM MS 1H CM, TD MS, E1, A1 39H 2008-09 CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 44H C h ar gé de R ec h e rc h e 2009-10 CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 44H

2010-11

CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 44H

2011-12

CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 44H M ai tr e de C o n fé re n ce s 2012-13 CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 46H CM, TD, TP E1, A1 59H TP E2 48H 2013-14 CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 42H CM, TD, TP E1, A1 57H TP E2, A2 54H 2014-15 CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 44H CM, TD, TP A1 13H TP E2, A2, E1 159H 2015-16 CM, TD

MS, E3, A3, E2, LP 53H CM, TD, TP E2, A1 79H TP A2, E1 36H 2016-17 CM, TD MS, E3, A3, LP 39H CM, TD, TP E2 31H TP A2, E1, A1 108H 2017-18 CM, TD MS, A3, LP 26H CM, TD, TP E3 14H CM, TD, TP E2, A2 63H TD, TP E1, LP 60H

CM : Cours Magistraux TD : Travaux Dirigés TP : Travaux pratiques

MS : Mastère Spécialisé E1, E2, E3 : 1ère, 2ème et 3ème année de formation classique

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3 Synthèse des activités de recherche

3.1 Résumé des thèmes de recherches

3.1.1 Introduction

Depuis mon arrivée à l’ENSAIT et ma thèse de doctorat, mon domaine de recherche concerne les textiles intelligents. Ces textiles capables d’interactions grâce à leurs matériaux, structures, finitions ou par l’implémentation d’éléments divers (mécaniques, électroniques et…) sont des systèmes complexes. Une approche multi entrée est indispensable pour répondre aux différentes problématiques liées au développement ou au transfert de concept. En m’appuyant sur ma formation en sciences des matériaux et avec l’expérience acquise, je mets en œuvre une approche couplée matériaux / structures / traitement - caractérisation pour mener à bien mes projets de recherche et/ou apporter mon expertise dans l’encadrement d’étudiants dans un contexte Universitaire et industriel mondial.

L’approche matériau permet, par exemple, d’adapter les propriétés de conduction d’un composite pour en faire un capteur mécanique efficace dans une certaine gamme d’allongement. L’entrée structure peut servir à atteindre des propriétés particulières comme émettre de la lumière latéralement à partir d’une fibre optique. L’approche traitement - caractérisation renferme les besoins en acquisition et en traitement du signal pour les capteurs et, par exemple, la modélisation par les plans d’expériences qui permet également, par retour, l’optimisation des matériaux et des structures.

Mes champs d’investigation et les textiles intelligents en général enrichissent, et vont enrichir dans le futur, le vaste domaine de l’automatisme de par la variété des applications et des ouvertures futures comme, par exemple, l’IoTextile (Internet des objets textiles).

3.1.2 Travaux sur les actionneurs textiles

Le premier thème de recherche présenté dans ce rapport porte sur les actionneurs textiles (page 57). Les premières études rapportées traitent de l’homogénéisation de la température de textiles chauffants à base de Composites Polymères Conducteurs (CPC). Ces travaux ont été menés en collaboration avec le groupe de recherche Matériaux Textiles et Procédés (MTP) du GEMTEX. La problématique a été favorablement traitée par l’emploi d’une structure d’électrodes en peigne et d’une enduction chauffante en CPC ou par l’utilisation de CPC à effet Coefficient de Température Positif (CTP).

Mes autres travaux ont permis le développement de deux types d’actionneurs visuels. Premièrement, nous avons mis au point une cellule électrochrome solide textile à quatre couches et mis en place des moyens de caractérisation, par spectrométrie, des écarts de couleurs. La couche

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active de cette cellule est réalisée à partir de polymères conducteurs intrinsèques (ICP) et trouve des applications dans la thématique des textiles communicants. Ce type d’afficheur est passif, sans émission de lumière.

Le second développement s’est focalisé sur l’obtention de tissus diffuseurs de lumière homogène et puissante à base de fibres optiques dont l’aboutissement est la réalisation d’essais cliniques dans le cadre du traitement de certaines lésions (kératose actinique), potentiellement précancéreuses, par thérapie photodynamique (PDT). L’émission de lumière est uniquement obtenue par le procédé de tissage qui courbe localement les fibres optiques au-delà d’un certain angle limite.

Ce dernier sujet est le plus abouti car il s’est appuyé sur deux projets collaboratifs (ANR puis FP7) et est le fruit d’une collaboration forte avec l’INSERM (1189 ONCO THAI1). D’autres applications (en dehors du médical) sont à l’étude dans d’autres projets collaboratifs en phase de démarrage (fin 2018).

Les activités sur le développement d’actionneurs textiles ont été valorisées par 10 publications, 4 chapitres d’ouvrages et 18 conférences.

3.1.3 Travaux sur les capteurs textiles

Mon thème de recherche principal concerne les capteurs électromécaniques pour textiles ou structures souples (page 83). Sur ce sujet, l’ENSAIT a des activités depuis les années 2000 incluant ma thèse de Doctorat (2004 – 2007).

Le premier exemple rapporté concerne le développement d’un revêtement de sol, à bas coût, capable de monitorer les déplacements d’individus. L’étude a été menée avec le souhait d’utiliser des composants textiles et électroniques existants en vue d’une réalisation simple.

Les autres études ont permis de développer et de modéliser des capteurs électromécaniques souples pour évaluer les déformations (i) de tissus ou de films et (ii) de fils. Ces capteurs développés sur mesure pour chaque application sont mis en œuvre à partir de composites polymères conducteurs (CPC) à base de noir de carbone, ou de polymères conducteurs intrinsèques (ICP) commerciaux modifiés.

La mesure des déformations des tissus et des films a été développée dans le cadre de projets privés (DGA et CNES) pour des applications aéronautiques ayant abouti à l’instrumentation in situ.

L’évaluation des déformations des fils trouve des applications dans le domaine composite avec par exemple le monitoring du tissage de la préforme puis de son infusion. Les dispositifs mis en œuvre permettent d’acquérir des données qui viennent nourrir les simulations ou entrent dans le cadre des applications SHM (Structural Health Monitoring) des composites, après la filtration, traitement et prise de décision. Pour ces applications composites, les capteurs sont développés en collaboration avec le groupe Mécanique Textile Composite (MTC) du GEMTEX.

1

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Le besoin en capteurs électromécaniques textiles est continu depuis de nombreuses années. Lors de nos développements nous avons mis l’accent sur la finesse des capteurs (absence de modification de la mesure, et du comportement du système, par sa présence) et non sur la simple implémentation des textiles.

Nos futurs travaux sur les capteurs devraient s’orienter vers le SHM des composites pour des applications liées au transport.

Ces activités ont été valorisées par 10 publications, 5 chapitres d’ouvrages, 14 conférences et 4 communications par affiches.

3.1.4 Travaux sur la conversion d’énergie et le transfert de données par les textiles

Des activités de recherches plus récentes se concentrent sur la conversion d’énergie et le transfert de données par les textiles (Page 125). Nous avons lancé ce thème en 2014 au GEMTEX mais l’intérêt au niveau mondial s’est développé depuis 2005-2010 porté notamment par le domaine des « wearable technologies » et l’internet des objets (IoT). En effet, pour ces systèmes, la récupération d’énergie peut permettre d’augmenter l’autonomie des dispositifs portables et/ou embarqués.

Mes travaux dans ce domaine suivent deux axes : (i) La récupération d’énergie mécanique par des structures textiles piezoélectriques à base de fils en poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) et (ii) la récupération d’énergie radiofréquence (RF) et particulièrement wifi, par l’intermédiaire d’antennes textiles.

Les travaux sur la conversion d’énergie mécanique ont été menés en collaboration avec l’équipe MTP, pour la partie réalisation des fils piézoélectriques, et se sont focalisés, pour ma part, sur la mise au point d’outils de caractérisation électromécanique adaptés au textile. Nous avons ainsi pu comparer l’efficacité de différentes structures textiles pour la conversion. Les énergies mises en jeu sont faibles à ce stade mais des applications capteur sont à envisager à court terme dans de prochains projets.

Les recherches menées sur la récupération d’énergie radiofréquence (wifi) par des antennes textiles sont issues d’une collaboration forte avec l’IEMN (groupe DOME). Nous travaillons essentiellement sur l’implémentation de textile par des antennes brodées, dont le design est défini conjointement avec notre partenaire en tenant compte de simulations électromagnétiques et des caractéristiques propres aux textiles et à sa mise en œuvre.

Les travaux sur le transfert de données sont également le fruit d’une collaboration forte avec l’IEMN. Les activités engagées depuis 2014 nous ont permis de montrer la pertinence de la production par des machines textiles de métastructures possédant des caractéristiques électromagnétiques intéressantes pour le guidage d’ondes. Ces travaux sont complétés actuellement par d’autres sur l’utilisation, entre autres, de la technologie NFC à antenne textile pour de la communication sans fil entre un smart phone et un e-textile, ou entre deux e-textiles, par exemple.

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Les activités sur la conversion d’énergie et le transfert de données par les textiles ont été valorisées par 4 publications, 9 conférences et 4 communications par affiches.

3.1.5 Travaux sur la fiabilisation, la durabilité et la normalisation des systèmes textiles

intelligents

Les travaux les plus récents et qui seront développés dans le futur concernent la fiabilisation, la durabilité et la normalisation des textiles intelligents. En effet, les concepts e-textiles créés en laboratoire ou dans les start-up sont peu présents sur le marché dû à un manque de fiabilité ou à la non-acceptabilité de la part du consommateur du fait de la mauvaise intégration des systèmes qui sont équipés d’une protection surdimensionnée. Ainsi, de plus en plus de travaux sont entièrement dédiés à cette problématique de « durabilité » particulièrement sensible dans le cas des e-textiles habillement. En effet, ceux-ci subissent, en plus des usages normaux qui peuvent être sévères (humidité, UV, fluides corporels etc…), les lavages industriels ou domestiques.

Dans ce contexte, compte tenu des multiples ressources du laboratoire et des connaissances acquises dans d’autres projets, nos travaux portent, par exemple, sur la modification des matériaux (solutions commerciales de polymères conducteurs intrinsèques (ICP)) pour en faire des électrodes ECG avec une tenue aux lavages améliorée.

En plus de cette approche matériaux, pour aller plus loin et anticiper nos futurs besoins et développements, nous avons (i) entrepris l’étude du lavage domestique que nous avons décomposé et phasé et (ii) étudié l’effet de lavage sur un sous-système textile intelligent.

L’étude du procédé de lavage domestique nous a permis de recenser, puis de hiérarchiser les contraintes auxquelles sont soumis les textiles. L’ensemble des données récoltées servira d’entrée pour de futures modélisations et/ou propositions de tests équivalents.

Pour les travaux centrés sur le lavage des e-textiles, nous avons, pour l’instant, dirigé notre étude sur des interconnexions obtenues par broderie. En effet, ce sous-système constitue une faiblesse bien identifiée des textiles intelligents électroniques. Les premiers résultats ont permis la mise au point de tests mécaniques, en laboratoire de métrologie, équivalents aux lavages en ce qui concerne l’altération des propriétés de conduction électrique. Les autres contraintes identifiées lors du procédé de lavage (eau, chimie, température, etc.) et leurs interactions seront intégrées à terme. Ces travaux déboucheront sur la proposition de tests équivalents au lavage, si possible normés, dans le but d’évaluer (ou de prévoir) la résistance au lavage domestique des e-textiles.

Les activités sur la fiabilisation, durabilité et la normalisation des systèmes textiles intelligents ont été valorisées par 1 publication, 1 white paper et 3 conférences.

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3.2 Encadrements

3.2.1 Stages Post-Doctoral

Postdoctorat GEMTEX-HEI de novembre 2014 à septembre 2015. Sujet : « Caractérisation et intégration d’un fluxmètre textile pour le monitoring des transferts de masse. Application aux tenues de sapeur-pompier » Encadrement 50 % (Gautier BEDEK, 50 %). Etude financée par le programme CrossTexNet (ERA-NET) « HYDRAX ». 2 publications associées au travail [15], [18].

KELLY Fern (2013 – 2014)

Postdoctorat GEMTEX de septembre 2013 à avril 2014. Sujet : « PEDOT/PSS sensors yarns for structural health monitoring in thermoplastic composites ». Encadrement : 50 % (Vladan KONCAR, PU, 50 %). Projet financé par le FP7, « MAPICC 3D ». 1 publication associée au travail sur ce projet [13].

NAUMAN Saad (2013 – 2014)

Postdoctorat GEMTEX d’octobre 2013 à septembre 2014. Sujet : «développement d’un textile diffusant la lumière pour le développement de photothérapie dynamique pour le traitement des Kératoses actiniques en dermatologie ». Encadrement : 50 % (Vladan KONCAR, PU, 50 %). Projet financé par l’ANR « FLEXITHERALIGHT ».

KELLY Fern (2011 – 2013)

Postdoctorat GEMTEX d’avril 2011 à août 3013. Sujet : « Utilisation de polymères conducteurs pour la conception d’afficheurs électrochromes textiles flexibles ». Encadrement : 50 % (Vladan KONCAR, PU, 50 %). Projet financé par le FUI « INTELLITEX ». 4 publications [6], [7], [10], [11], 1 chapitre d’ouvrage [29] et 2 conférences [54], [56] associés au travail.

3.2.2 Thèses de Doctorat

« Création et réalisation d’afficheurs électrochromes textiles flexibles »

Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 1er octobre 2009 et soutenue le 29 octobre 2012. Financement programme FUI, « INTELLITEX ».

Directeur de thèse Pr. Vladan KONCAR (50 %), co-encadrant Cédric COCHRANE (50 %). 4 publications [6], [7], [10], [11] et 3 conférences [51], [54], [56] associées au travail.

27 OGUZ Yesim (2014 – 2017)

« Development of biophotonic device based on flexible light emitting textile dedicated to the monitoring and treatment for dermatologic diseases and carcinoma »

Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 15 février 2014 et soutenue le 4 avril 2017. Financement ICT PSP, « PHOS-ISTOS ».

Directeur de thèse Pr. Vladan KONCAR (50 %), co-encadrant Cédric COCHRANE (50 %).

1 publication [17], 2 chapitres d’ouvrages [30], [35] et 4 conférences [71], [72], [74], [76] associées au travail.

TALBOURDET Anaëlle (2015 – 2018)

« Structures textiles piézoélectriques à base de PVDF pour la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique » Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 1er décembre 2015 et soutenue le 22 novembre 2018. Financement projet PIAVE « AUTONOTEX ».

Directrice de thèse Pr. Christine CAMPAGNE (34 %), co-encadrant François RAULT (MCF, 33 %) et Cédric COCHRANE (33 %).

1 publication [24], 6 conférences [77], [83], [86], [89]–[91] et 1 communication par affiche [99] associés au travail.

FACI Abderrahmane (2016 – arrêt en 2018)

« Mesure in situ en temps réel de la diffusion des résines au sein des composites par les capteurs intégrés au renfort »

Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 15 février 2016. Bourse de l’Université de Briska, Briska, Algérie. Arrêt de la thèse en mars 2018.

Directeur de thèse Pr. Vladan KONCAR (34 %), co-encadrant Peng WANG (MCF, 33 %) et Cédric COCHRANE (33 %).

2 conférences [78], [81] associées au travail.

ANKHILI Amale (2016 – présent)

« Développement de textiles instrumentés intégrants des électrodes organiques de mesure de bio potentiel et de bio impédance ».

Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 1er juillet 2016 (soutenance prévue avant le 31 juillet 2019). Financement CIFRE (ANRT), société @health.

Directeur de thèse Pr. Vladan KONCAR (34 %), co-encadrant Xuyuan TAO (MCF, 33 %) et Cédric COCHRANE (33 %).

28 ZAMAN Shahood Uz (2017 – présent)

« Smart textiles and problems of connectivity and encapsulation of electronic devices in order to make textronic systems reliable and washable »

Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 18 septembre 2017 (soutenance prévue avant le 30 septembre 2020). Bourse de la National Textile University (Faisalabad, Pakistan, Faculty Development Program).

Directeur de thèse Pr. Vladan KONCAR (34 %), co-encadrant Xuyuan TAO (MCF, 33 %) et Cédric COCHRANE (33 %).

1 white paper [105] et 1 conférence associées au travail [87].

GARNIER Baptiste (2017 – présent)

« Textiles connectés pour les communications autour du corps humain »

Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1 débutée le 15 décembre 2017 (soutenance prévue avant le 31 décembre 2020). Financement projet ANR « CONTEXT ».

Directeur de thèse Pr. Vladan KONCAR (34 %), co-encadrant François RAULT (MCF, 33 %) et Cédric COCHRANE (33 %).

3.2.3 Master et Projets de fin d’étude ingénieur

Projet de fin d’études ENSAIT de février à juillet 2006. Sujet : « Etude de l’influence des conditions climatiques sur le comportement de capteurs textiles pour une application sur des parachutes ». Encadrement 100 %. Projet financé par la DGA.

ZHANG Yi (2007)

Projet de fin d’études ENSAIT de février à juillet 2007. Sujet : « Mesure de la tension de surface d’un noir de carbone, applications aux CPC ». Encadrement 100 %.

MAILLARD Jérôme (2011)

Projet de fin d’étude ENSAIT de février à septembre 2011. Sujet : « Mesure in situ des contraintes mécaniques sur structure de raquette de tennis par des capteurs textiles ». Encadrement : 50 %. Projet financé par COUSIN COMPOSITES.

EL-ZEIN Alexandra (2013)

Projet de fin d’étude ENSAIT de février à août 2013. Sujet : « Textile récupérateur d’énergie solaire pour un dirigeable géostationnaire stratosphérique ». Encadrement : 50 % (Aurélie CAYLA, MCF, 50 %). Projet financé par EADS IW. 1 chapitre d’ouvrage [33] et 1 conférence [68] associé au travail.

29 NICOLLE Simon (2013)

Projet de fin d’étude ENSAIT de février à août 2013. Sujet : « Mise au point de jauges de déformation pour l’enveloppe de ballons stratosphérique ouverts ». Encadrement : 100 %. Projet financé par le CNES. 1 conférence [63] associée au travail.

GUILLOU Aurélien (2014)

Projet de fin d’étude ENSAIT de février à juillet 2014. Sujet : « Collage de textiles à cœur, par polymérisation UV, applications aux pièces composites ». Encadrement : 80 % (Damien SOULAT, PU, 20 %). Projet financé par EADS IW.

AGRAWAL Tarun Kumar (2015)

Stage de Master Génie des Systèmes Industriels (GSI) de février à juin 2015. Sujet : « Analyse statistique des données issues de dalles intelligentes pour la localisation et le suivi de personnes ». Encadrement : 30 % (Sébastien THOMASSEY, MCF, 70 %). Etude financée par le programme CrossTexNet (ERA-NET) « INTELDALLE ». 2 publications [20], [39], 1 conférence [75] et 1 affiche [98] (1er Prix « The NIA 2015 poster award ») associées au travail.

HUPPE Camille (2016)

Projet de fin d’étude ENSAIT de février à juin 2016. Sujet : « Textiles innovants pour le guidage d'ondes de surface (Métamatériaux) ». Encadrement : 33 % (Vladan KONCAR, HDR, 34 % ; François RAULT, MCF, 33 %). Projet en collaboration avec l’IEMN de Lille. 1 conférence [79] et 2 affiches [101], [102] associées au travail.

IMPINES Valentine (2016)

Projet de fin d’étude ENSAIT de février à juin 2016 (Master Dispositifs Médicaux et Biomatériaux : Conception et Evaluation). Sujet : « conception-élaboration d'un dispositif médical d'aide au sommeil par contrôle de la température du couchage ». Encadrement : 40 % (Fabien SALAUN, HDR, 30 % ; Stéphane Giraud, MCF, 30 %). Projet en collaboration avec le CIC-IT de Lille.

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3.3 Collaborations et contrats de recherche

3.3.1 Projets Européens

TRITEX, Programme Européen Interreg IV (Janvier 2009 – juin 2013) Budget ENSAIT : 261 041 €.

Le programme TRITEX (Transfer of Research and Innovations in Textiles) s’inscrit dans la continuité du programme « RESIST » (Réseau de Soutien à l’Innovation Scientifique et Technologique pour le Textile) de l’Interreg III qui s’est achevé en 2007. TRITEX vise à développer une vraie collaboration transfrontalière en matière de recherche avec, en plus de l’organisation de séminaires (2 par an), une offre de formation à distance (sous forme e-learning) auprès des entreprises. Ce programme regroupe 2 partenaires (Ghent University et l’ENSAIT). Mes tâches ont été de participer à l’animation scientifique et à l’organisation du projet. J’ai été le principal auteur du Module 1 (80 %) et participer à l’écriture du Module 2 (25 %) du e-learning à destination des entreprises pour la formation continue (http://www.e-tritex.eu/). 2 conférences [57], [60] et 1 affiche [96] associées au travail.

MAPPIC 3D, Programme Européen - FP7 (Janvier 2012 – Décembre 2015)

Project ID 26315, call FP7-NMP-2010-LARGE-4, budget total : 9 077 524 €, budget ENSAIT : 955 200 €. Ce programme Européen intitulé « One-shot Manufacturing on large scale of 3D up graded panels and stiffeners for lightweight thermoplastic textile composite structures » (MAPPIC3D) est dédié au développement de procédés de fabrications de pièces composites 3D permettant de passer sans étape intermédiaire de la fibre à la pièce. Il regroupe 20 partenaires dont 6 académiques (ENSAIT, coordinateur, l’Ecole des Mines de Douai, l’Ecole Polytechnique de Milan, l’Université de Dresde, la Faculté de Zagreb, l’Université Technique de Riga) et 14 partenaires industriels (dont 7 PME). Mes contributions, avec le stage post-doctoral de KELLY Fern, s’inscrivent dans le work-package liée à l’instrumentation des préformes composites par des capteurs textiles. 2 publications [13], [21]et 1 chapitre d’ouvrage [32] associés au travail.

HYDRAX, Programme CrossTexNet - ERA-NET (Octobre 2012 – Octobre 2015) Budget ENSAIT : 90 243 €.

Ce programme est dédié à l’intégration d’un textile détecteur de flux (transfert thermique et de masse) pour détecter, monitorer et alerter dans les domaines des EPI, du sport et des géotextiles. Il regroupe 8 partenaires dont 3 académiques (HEI, coordinateur, Ghent University et l’ENSAIT) et 5 partenaires industriels dont 4 PME. Mes tâches ont consisté à établir une interface textile-électronique conforme au cahier des charges proposé par les industriels. Ce projet fait l’objet du stage post-doctoral de ONOFREI Elena. 2 publications [15], [18] associés au travail.

INTELLDALLE, Programme CrossTexNet - ERA-NET (Juin 2013 – Juin 2015) Budget total : 952 786 €, budget ENSAIT : 108 960 €.

Ce programme intitulé « Development of an intelligent carpet tile » est dédié au développement d’une dalle capable de détecter la présence de personnes et de les compter. Il doit aboutir à la

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définition des méthodes de production d’un tel dispositif. Ce programme repose sur 7 partenaires dont 1 universitaire (ENSAIT) et 3 PME. Les applications visées sont principalement dans le domaine de l’évènementiel. Mes contributions s’inscrivent dans le work-package lié au développement des structures textiles capables de détecter la présence et de leurs interfaces avec les autres éléments textiles et l’électronique. Ce projet fait l’objet du stage de Master de AGRAWAL Tarun Kumar. 2 publications [20], [39], 1 conférence [75] et 1 poster [98] associés au travail.

PHOS-ISTOS, Programme Européen - Integrated Project, FP7 (Novembre 2013 – Septembre 2018) Project ID 621103, call CIP-ICT-PSP-2013-7, budget total : 4 780 000 €, budget GEMTEX : 197 100 €. Ce programme intitulé « Development of biophotonic device based on flexible light emitting textile dedicated to the monitoring and treatment for dermatologic diseases and carcinoma » est dédié à la réalisation, et aux tests cliniques, d’un dispositif de traitement des cancers dermatologiques, par thérapie photodynamique (PDT), basé sur un textile lumineux (actionneur). Ce textile, en contact direct avec le patient, a en plus des capacités de mesure optique de fluorescence pour le monitoring du traitement. Ce programme regroupe 13 partenaires dont 5 Universitaires (INSERM 1189 Onco ThAI), coordinateur, Klinik für Dermatologie und Allergologie, Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana, Centre hospitalier régional universitaire de Lille et l’ENSAIT), 7 industriels (dont 6 PME) et 1 association. Mes contributions s’inscrivent dans le work-package lié au développement des structures textiles (pour le monitoring et pour le traitement) et de leur production pour les partenaires et tests cliniques. La thèse de OGUZ Yesim est en support de ce projet. 1 publication [17], 2 chapitres d’ouvrage [30], [35] et 4 conférences [71], [72], [74], [76] associés au travail.

LUMINOPTEX, Projet Européen Interreg IV (Janvier 2017 – Décembre 2020) Budget total : 2 127 000 €, budget GEMTEX : 366 000 €.

Cette collaboration a pour but la conception de nouveaux textiles intelligents pour l'éclairage ambiant autonome. 3 fonctionnalités intégrées au textile sont visées : (i) la récupération d’énergie RF et sa conversion en énergie électrique, (ii) le stockage de l’énergie produite et (iii) l’émission de lumière par un dispositif OLED. Le projet regroupe 6 partenaires transfrontaliers (académiques et centres techniques). Les tâches du GEMTEX concernent la réalisation des structures récupératrices d’énergie RF et leur intégration au textile. Je suis référent scientifique de l’ENSAIT sur ce projet. 2 conférences [79], [80] et 2 affiches [101], [102] associées au travail.

TEXMODA, projet Européen Erasmus+ (Octobre 2017 – Octobre 2019)

Project ID 2017-1-LT01-KA203-035160, budget total : 266 851 €, budget ENSAIT : 40 713 €.

Le projet TEXMODA regroupe 8 partenaires dans le but est de développer un MOOC sur les « Advanced Technologies for Textile and Fashion Industry ». Le public visé est large et va des étudiants textiles aux employés de PME du secteur de l’habillement, de l’industrie textile et de la mode. L’ENSAIT est responsable entre autre de la définition des contenus du cours établis à partir des attentes exprimées par les futurs utilisateurs potentiels. Mes tâches consisteront à la mise au point et à l’écriture du contenu, à sa médiatisation et au suivi des apprenants pendant les sessions du MOOC (fin 2019).