Guardian angels
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Consortium de recherche réunissant 28 partenaires européens,
Guardian Angels développe de nouvelles générations de capteurs pour la
surveillance de l’environnement et de la santé. Mais pour démocratiser
des capteurs miniaturisés et auto-alimentés, des progrès drastiques
restent à effectuer en matière de récupération d’énergie ou
d’intégration électronique.
Hurlement du réveil. Il est sept heures, ce 06 février 2040. Vous vous
arrachez à votre lit et enfilez vos vêtements. En un clin d’œil, les
fibres du textile effectuent un diagnostic de santé : pouls, température
corporelle, taux de sucre. Bon à savoir –spécialement si votre santé
n’a plus la constance vos jeunes années, ou si vous souffrez d’une
maladie chronique. Sur le trajet jusqu’au travail, votre voiture
''scrute'' sur votre visage des signes d’endormissement pour prévenir
tout accident. Vous préférez marcher ? Quelques capteurs, disséminés
dans votre accoutrement et dans la rue, évaluent la qualité de l’air, et
transmettent sur votre téléphone une cartographie de la pollution.
Ce quotidien relève-t-il de la pure science fiction ? A discuter avec les membres du consortium de recherche européen "
Guardian Angels for a smarter life",
on en douterait presque. Ses vingt huit partenaires, composés à parts
égales entre organisme de recherche publics, instituts européens et
laboratoires industriels, veulent produire des capteurs miniatures,
intégrables sur tout type de support, et capables de s’auto-alimenter à
partir de l’énergie environnante. Niveau applications, la surveillance
de divers paramètres liés à la santé et à l’environnement est en
première ligne.
Objectifs ambitieux
Des capteurs de ce type - autonomes et sans fil - commencent déjà à
apparaître. Mais ils monitorent des procédés industriels isolés, où la
difficulté d’accès induit des coûts d’entretien excessifs. Pour sortir
de ces marchés de niches et conquérir le quotidien du grand public,
chaque brique technologique de ces capteurs devra subir une métamorphose
radicale : récupérateurs d’énergie photovoltaïques ou
thermoélectriques, gestion de très bas niveaux d’énergie (
Ultra Low Power), protocoles de communication sans fil. Et s'abaisser à des coûts compatibles avec un déploiement massif.
«
Les objectifs que l’on se fixe sont extrêmement ambitieux », reconnaît
Mihai Adrian Ionescu, directeur l’école doctorale en microsystèmes et microélectronique à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (
EPFL) et coordinateur du programme. «
Par
rapport aux systèmes actuels, cela veut dire diviser la consommation
énergétique des circuits électroniques d’un facteur 1 000 et multiplier
la récupération d’énergie par 100. Imaginez qu’au lieu de recharger
votre téléphone tous les deux jours, vous le rechargiez 2 fois l’an. Ou
que votre voiture qui consomme cinq litres au cent n’en consomme plus
que … cinq millilitres ».
Rupture technologique
Une telle évolution implique de véritables ruptures technologiques.
Côté récupération d’énergie à petites échelles, une discipline aussi
appelée
Energy Harvesting, l’EPFL travaille par exemple sur des cellules solaires à colorant, dites ''de
Graetzel''.
La fabrication de cette technologie photovoltaïque souple, à partir de
procédés d’impression classique, s’avérerait bien moins coûteuse que les
technologies actuelles. Sont également à l’étude des récupérateurs
thermoélectriques ou piézoélectriques, capables de convertir
respectivement un différentiel de chaleur ou des vibrations en courant
électrique.
ST Microélectronics cherche par exemple à
s’affranchir des matériaux thermoélectriques classiques à base de
tellure, un métal rare. Les partenaires planchent également sur des
batteries souples, plates, pour stocker durablement de faibles quantités
d’énergie. Le spécialiste français des composants de
micro-électronique s’est ainsi fait une spécialité du développement de
ces micro-batteries en couche mince.
Du côté de l’électronique, le ratio taille/performance sera le grand
cheval de bataille. Le processeur silicium CMOS, développé par
Intel et
IBM,
impliqués dans le projet, présenterait un fort potentiel
d’optimisation. La recherche sur des fils électriques d’échelle
nanométrique, menée par IBM, pourrait s’enrichir des travaux de l’EPFL,
du
CEA-Leti ou de l’Institut belge
IMEC
sur les transistors à effet tunnel. La conception de ces composants
diffère radicalement des paradigmes établis jusqu’alors en
micro-électronique car elle repose sur des principes de physique
quantique. Cette physique quantique est également à l’œuvre dans la
spintronique, hypothétique eldorado de la miniaturisation en gestation
dans les laboratoires du
CNRS et de
Thalès.
Pour optimiser l’intégration des matériaux, les partenaires envisagent,
entre autres solutions, de recourir à moyen terme au stacking 3D. Dans
cette architecture, perfectionnée notamment par
Infineon,
les éléments sont empilés les uns sur les autres plutôt que juxtaposés.
Enfin, la couche logicielle et les protocoles de communication seront
également au régime énergétique sec, avec le concours de l’Institut de
recherche en sciences du numérique
INRIA.
Innombrables applications
Des industriels français sont engagés au côté de ces acteurs pour prospecter le terrain applicatif. Ainsi,
PSA Peugeot Citroën envisage à moyen terme la surveillance physiologique du conducteur. «
C’est une des premières applications auxquelles on pense », confirme
Sylvain Allano, directeur scientifique du groupe. Et de poursuivre : «
comme
les capteurs se multiplient dans l’automobile, ces systèmes
communicants permettraient aussi de s’affranchir en partie des réseaux
de câbles et de simplifier les ensembles. » De son côté,
Sanofi s’intéressera à la définition de besoins pour les technologies de la santé.
Guardian Angels fait partie des six consortiums en lice pour décrocher les subventions
FET Flagship.
Ce programme lancé par la commission européenne vise à stimuler des
projets de recherche associant laboratoires publics et industriels sur
les technologies émergentes. L’enjeu est de taille : les heureux élus se
verront attribuer, à compter du début 2013, une subvention annuelle de
100 millions d’euros pendant 10 ans.
Hugo Leroux
Pour en savoir plus :
http://www.ga-project.eu/ga_project
http://www.industrie.com/it/guardian-angels-un-projet-europeen-sur-les-capteurs-du-futur.12667?emv_key=AJ5QmugnaTq78yA9MA#xtor=EPR-25
