© LAAS-CNRS/Daniela Dragomirescu

Le projet Nanocomm, Réseaux de nano-objets communicants reconfigurables, se propose de démontrer les potentialités offertes par les nanotechnologies pour le développement de réseaux de capteurs, mécaniques et chimiques, reconfigurables, ultra sensibles, communicants, à faible consommation, faciles d’installation, de faible coût et présentant des performances en terme de fiabilité compatibles avec les exigences de l’aéronautique et du spatial.

Nanocomm s’inscrit dans la problématique dite « l’Internet des objets » des réseaux de capteurs sans fil de nouvelles générations. L’internet d’objets vise à déployer des réseaux de capteurs miniaturisés, de faible consommation afin de garantir des durées de vie optimales, et pouvant être localisés dans des endroits difficilement accessibles, voire inaccessibles, avec des technologies conventionnelles.

Le domaine de l’aéronautique est particulièrement concerné car on estime que le déploiement de réseaux de capteurs sans fil pour des applications de maintenance se traduirait par une baisse du coût des billets d’avion de 3% à 12%. Aujourd’hui, le déploiement des capteurs est limité par les connexions filaires qui augmentent leur poids et donc leur consommation, et compliquent en outre leur installation. Pour exploiter les potentialités des réseaux de capteurs sans fil sur une plateforme avionique, on considère qu’il faudrait selon le type d’avion entre 1000 et 4000 capteurs. Sachant que le nombre d’avions en activité, 20 000 aujourd’hui, devrait doubler vers 2025, c’est un marché de 20 à 35 millions de capteurs qui se dessine d’ici 2020, avec un coût unitaire autour de 100€. Les réseaux de capteurs seront utilisés non seulement pour améliorer les phases de maintenance mais aussi pour collecter des données sur l’historique des pièces d’avion, ce qui permettrait d’envisager de recycler certaines pièces et par là diminuer encore les coûts. Enfin, les réseaux de capteurs sans fil trouveront d’autres applications, comme les essais en vol de nouvelles générations d’aéronefs ; en nombre limité dans ce cas et avec recours à des technologies génériques.

© LAAS-CNRS/Daniela Dragomirescu

L’aéronautique est un secteur très exigeant quant à la fiabilité et à la robustesse des technologies. Si la proportion d’accidents d’avion est très inférieure à celle des transports routiers, on estime cependant que 2/3 des défaillances matérielles et 25% des erreurs humaines pourraient être évitées ou atténuées par un contrôle en temps réel des propriétés de l’avion en vol. C’est dire s’il est important de concevoir des capteurs miniaturisés multi-paramètres, consommant peu d’énergie et localisés dans l’ensemble des parties de l’avion. Ces capteurs seraient intégrés sur des substrats flexibles, certains éléments n’étant pas plans, mais aussi à terme directement dans les fibres composites des plateformes. Concernant la connectivité, on distingue au moins deux cas. Les capteurs placés à l’extérieur de l’aéronef requièrent des propriétés de canal proches de celles en espace libre. Ceux placés à l’intérieur auront des propriétés de canal plus contraintes. Suivant le type de propriété étudié, la métrologie sera différente, de même que les besoins en bande passante disponible et en débit. Ajoutons à cela les phénomènes d’interférences avec d’autres équipements potentiels qui devront être atténués. Enfin évidemment, les architectures déployées devront remplir leur mission quelles que soient les conditions, et être localisables et reconfigurables pour des besoins de fiabilité et de robustesse.

C’est sur l’ensemble de cette problématique qu’intervient le projet NanoComm. Son objectif est de démontrer le formidable potentiel qu’offrent les nanotechnologies et la fonctionnalisation de surface pour la conception de capteurs miniaturisés sur substrat souple ou intégrables dans des matrices composites. Dans un premier temps seront développées des architectures de communication sans fil, reconfigurables, nanométriques, à faible consommation et forte immunité contre les interférences et les multi-trajets. Puis des couches MAC et le routage pour la mise en réseau des nano-objets communicants. Ces couches elles-mêmes devront être compatibles avec les nanotechnologies, être peu consommatrices d’énergie et présenter une fiabilité augmentée et prédictive. Enfin, une plateforme de simulation de réseaux de capteurs sans fil avancés sera installée, qui pourra servir de bloc IP pour d’autres applications industrielles.

D’un point de vue méthodologique, le projet combine deux approches des nanotechnologies. La première, « Nano-enabler », vise à explorer les nanotechnologies comme sources de nouveaux capteurs miniaturisés et de nouvelles technologies pour des antennes sur substrat souple. La seconde, « Nano-Improved », vise à utiliser les nanotechnologies pour créer les nouveaux circuits miniaturisés pour l’électronique embarquée, atteindre des fréquences plus élevées pour les architectures sans fil, diminuer la consommation et enfin, envisager des intégrations au niveau système incluant les couches MAC et le routage des nœuds du réseau, tout cela pour des architectures robustes adaptées aux contraintes aéronautiques.

L’objectif final est de réaliser un système d’auscultation ubiquitaire qui permettra d’instrumenter de façon rapide et aisée toutes les zones d’un aéronef. Débutés en octobre 2009, les travaux ont déjà donné des résultats conceptuels, publiés dans des journaux et conférences internationales, et applicatifs, détaillés dans  cinq brevets. Les laboratoires associés au projet Nanocomm  ont chacun apporté une contribution spécifique. La démonstration d’une jauge de contrainte hautement sensible utilisant des nanoparticules d’or a été faite par le LPCNO, celle d’un nouveau capteur de givre utilisant la fonctionnalisation de surface par le LAAS et le LGC, le développement d’une architecture UWB à très faible consommation par le LETI. En outre, le LAAS a réalisé des circuits de communication utilisant les nano-encres et les techniques de dépôts par jet d’encre, et surtout conforté le concept de système d’auscultation intelligent sur substrat souple de type « scanner miniaturisé ». Compte tenu des potentialités déjà mises en avant, une extension du projet, initialement prévu d’une durée de 15 mois, est à l’étude dans le cadre de l’IRT Aéronautique, espace, systèmes embarqués.