Le Prof. Jan Lagerwall, physicien à l’Université du Luxembourg, a obtenu une bourse « Proof-of-concept » du Conseil européen de la recherche (ERC). La bourse sera utilisée pour parfaire la production de fibres et de plaques contenant des capteurs intelligents, qui seront applicables sur divers matériaux et utilisées pour surveiller l’état et la stabilité des bâtiments et de textiles intelligents.
La subvention ERC soutiendra le projet REVEAL « Revealing complex strain patterns and dangerous loads using cholesteric liquid crystal elastomers ».
Besoin croissant de capteurs mécaniques
L’Internet des objets, l’Industrie 4.0 ainsi que l’amélioration des disponibilités et les performances de capteurs ont conduit à de nouvelles générations de produits intelligents capables de communiquer des informations en temps réel. Les capteurs mécaniques, qui mesurent souvent une tension ou traction, sont des composants essentiels dans la conception d’objets intelligents.
« À grande échelle, ils sont inestimables pour surveiller l’état structurel de notre environnement bâti, comme les maisons, les ponts et les enceintes événementielles. Les capteurs de traction distribués sont très utiles pour détecter et surveiller les fissures dans les structures en béton en fonction du vieillissement et de l’usure. Après des événements extrêmes comme les tremblements de terre, les ouragans ou les inondations, ils peuvent déterminer si les bâtiments ont subi des déformations dangereuses. Avec la prochaine génération de bâtiments intelligents pensés pour contrer ces problèmes, il existe une forte opportunité de commercialisation pour des capteurs mécaniques adaptés », commente Jan Lagerwall.
Cependant, la technologie actuelle utilise généralement des capteurs de traction unidimensionnels à faible résolution spatiale (un capteur, une valeur), offrant des informations limitées sur les déformations complexes. Ils peuvent également manquer des tensions dangereuses qui peuvent être situées légèrement à l’écart du capteur.
Deux solutions
Jan Lagerwall et son équipe proposent une solution offrant une détection de traction distribuée et bidimensionnelle à haute résolution, ainsi qu’une version unidimensionnelle très intéressante pour les textiles intelligents. Leurs deux concepts de détection de traction non-électronique, tous deux basés sur la réaction mécanochromique des élastomères à cristaux liquides cholestériques (CLCE), changent de couleur en réponse à la déformation mécanique. Le concept de REVEAL comprend des procédures simples et évolutives pour fabriquer des plaques CLCE de grande taille et des fibres de longueur arbitraire, qui présentent une excellente réponse mécanochromique locale (du rouge au violet) sur des déformations allant jusqu’à 200 %.
« Grâce à la bourse, nous produirons des plaques CLCE de grande taille et des fibres longues, et évaluerons leur potentiel d’application, par exemple dans la surveillance des structures, des vêtements intelligents et des équipements de sport. Nous visons notamment à garantir que les feuilles CLCE présentent une couleur cohérente et modulable avec une stabilité dans le temps suffisante. Enfin, nous évaluerons l’utilité et l’efficacité des produits dans des applications cibles spécifiques », explique Jan Lagerwall.
Wissenschaftliche Bilder der Dehnung einer CLCE-Platte © Universität Luxemburg
Les feuilles peuvent être collées intégralement sur des matériaux tels que le béton, le bois, le plastique, le verre ou les surfaces en acier. L’application s’étend également aux vêtements : les fibres peuvent être tissées dans des tissus ou cousues dans des vêtements élastiques sans nuire au confort de l’utilisateur, et elles survivent à une utilisation à long terme et au lavage en machine. Cette nouvelle génération de fibres textiles intelligentes peut être particulièrement utile dans les vêtements de sport et de santé, la robotique portable, l’innovation dans la mode et l’art.
Le projet de recherche se poursuivra jusqu’en 2024, avant une phase de commercialisation. Il s’agit de la troisième bourse ERC obtenue par Jan Lagerwall. Il a reçu une bourse ERC Consolidator Grant en 2015 pour mener des recherches fondamentales sur les cristaux liquides et leurs matériaux composites, suivie d’une première bourse ERC « Proof-of-concept » basée sur la recherche Consolidator Grant.