Textiles intelligents : e-textiles - Définitions, capteurs et récupération d’énergie

Les textiles intelligents sont apparus à la fin du XX^e siècle grâce notamment à l’industrie chimique et électronique qui permirent de fonctionnaliser les fibres et structures textiles pour apporter de nouvelles propriétés. La miniaturisation des composants électroniques a rendu possible leur intégration au cœur des vêtements. Enfin, certains textiles sont aujourd’hui devenus des circuits électroniques grâce à l’amélioration des procédés de fabrication et à l’intégration de matériaux conducteurs à l’échelle microscopique au sein des fils . Toutes ces avancées ont permis aux vêtements, aux textiles de maison et aux textiles techniques de dépasser leurs rôles initiaux de protection contre l’environnement, ou de renforts mécaniques, etc. Ces structures textiles sont devenues capables de mesurer les paramètres environnementaux et/ou physiologiques et de les analyser afin de fournir une réponse adaptée ou d’entreprendre les actions adéquates.

La production des capteurs e-textiles utilisés pour mesurer les paramètres physiologiques fait appel à des techniques de fabrication textiles bien connues pouvant être transférées facilement à l’industrie textile, telles que le tissage, le tricotage, la broderie ou l’enduction.

Une autre orientation des textiles intelligents et des e-textiles concerne la récupération ou la captation d’énergie, un processus par lequel l’énergie ambiante est convertie en énergie électrique. La récupération d’énergie des sources telles que le vent ou le soleil existe depuis longtemps. Elle peut produire des puissances mesurées en mégawatts, mais elle n’est pas bien adaptée à des micro-environnements, où les besoins s’expriment en petites puissances disponibles de manière très localisée. De plus, la tendance à l’utilisation des appareils portables ou des textiles connectés alimentés localement, sans emploi de piles lourdes et peu efficaces, amplifie le besoin de source de récupération d’énergie produite par des mouvements locaux, ou la récupération et la transmission d’énergie existante sous forme d’ondes électromagnétiques.

La récupération de micro-énergies inclut les sources photoniques, mécaniques (piézoélectriques) et électromagnétiques (antennes et métamatériaux). Les densités maximales de puissance de ces trois sources sont semblables. Toutefois, les méthodes les plus prometteuses actuellement s’orientent vers les procédés de conversion basés sur la piézoélectricité et sur la captation et conversion des ondes électromagnétiques par les antennes résonnant à des fréquences proches des fréquences utilisées pour la transmission de données.

L’objectif principal de cet article est de faire découvrir les textiles intelligents et en particulier les e-textiles aux ingénieurs et au grand public, en rappelant les notions de base et en donnant des exemples d’applications concrets. Les nouveaux produits et systèmes e-textiles commencent à apparaître sur le marché en tant que systèmes autonomes ou sous-systèmes faisant partie des ensembles plus complexes liés aux différents domaines : médical, équipement de protection, militaire, sport et habillement et mode. Cet article est rédigé de manière à permettre une compréhension des systèmes e-textiles tout en insistant sur certains aspects scientifiques indispensables pour leur meilleure appréhension et en se basant sur des exemples concrets, afin de prouver la faisabilité de ces systèmes complexes.