Archives de la catégorie ‘Nanotechnologies’

Alimenter une pile à combustible…avec l’urine des combattants

Publié: 7 novembre 2017 dans Nanotechnologies, Non classé
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Oui, de temps en temps, l’innovation technologique prend des chemins inattendus et rejoint une certaine rusticité. C’est le cas ici, avec cette découverte réalisée par (encore lui) le US Army Research Lab, qui a découvert un peu par hasard un phénomène inédit, en combinant de l’urine avec une nouvelle nano-poudre d’aluminium.

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Cette poudre de nanoparticules d’aluminium galvanique possède en effet la propriété de relâcher de l’hydrogène pur, lorsqu’elle est mise en contact avec un liquide comportant de l’eau. Là où cela devient intéressant, c’est que l’hydrogène est capable d’alimenter une pile à combustible. La réaction est simple : l’hydrogène se diffuse au sein d’un empilement de membranes faisant office d’électrolytes et est séparé en protons et électrons, qui se combinent à l’oxygène pour produire de l’électricité (en libérant de l’eau). En gros, c’est l’inverse de l’électrolyse de l’eau : au lieu d’utiliser une source de tension, on alimente en hydrogène et oxygène ce qui permet l’apparition d’une tension électrique. Avec un kg de poudre d’aluminium, on génère ainsi 220kW en seulement 3 minutes.

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Or l’urine humaine est composée à 96% d’eau ; c’est d’ailleurs pour cette raison que l’urine des astronautes est recyclée afin de leur permettre de disposer d’eau potable. Ce qui est étonnant, c’est que la réaction entre la nanopoudre d’aluminium développée par l’US Army Research Lab et l’urine est presque deux fois plus forte et plus rapide qu’avec l’eau, pour une raison encore inconnue sans doute liée à la présence de résidus et à l’acidité.

Dans le cas d’un soldat devant évoluer dans un environnement exigeant (lisez à ce sujet le livre du Général Barrera sur l’opération Serval), pouvoir utiliser l’urine afin de produire de l’énergie est loin d’être anecdotique. Cela permet d’alimenter des systèmes de communication, ou différents capteurs, en utilisant des piles à combustible dont le facteur de forme est particulièrement compact.

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Et surtout cela permet aux fantassins, au lieu d’utiliser de lourdes batteries, de pouvoir compter sur leur corps pour alimenter une source d’énergie à volonté (à condition de boire beaucoup !), en mélangeant cette nanopoudre avec leur urine. Car transporter de l’hydrogène, c’est compliqué (généralement, on doit utiliser des récipients pressurisés, et des catalyseurs) – ici, rien d’autre à transporter que la pile elle-même, le soldat lui-même, et cette nanopoudre.

Reste encore à voir comment cette invention, aujourd’hui au laboratoire, sera capable d’être appliquée sur le vrai théâtre d’opérations, quel en sera le coût, la facilité de production, etc… L’équipe de chercheurs a lancé le brevet correspondant, et va, dans les mois qui suivent, procéder à des expériences de passage à l’échelle.

Reste à savoir qui a eu cette idée de faire pipi sur une nanopoudre d’aluminium, et pourquoi (!) Mystère…

Les nanotechnologies au service de la vision nocturne

Publié: 2 janvier 2017 dans Nanotechnologies, Non classé, Optronique
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« Regarder au travers de tubes de papier-toilette en carton » : c’est comme cela que certains désignent l’inconfort d’utiliser des lunettes de vision nocturne (dont l’acronyme le plus répandu est NVG pour Night Vision Goggles). Malgré les récents progrès apportés notamment par les lunettes quadri-tubes panoramiques rendues célèbres par le raid contre Ben Laden, les NVG classiques sont souvent trop imposantes, trop lourdes et insuffisamment performantes.

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Cet encombrement est dû à la technologie elle-même. En effet, pour développer un dispositif de vision nocturne, il est nécessaire d’amplifier le peu de lumière disponible, et de le rendre visible à l’utilisateur. Pour ce faire, une lentille récupère tous les photons disponibles y compris dans le proche infrarouge et les convertit en électrons à l’aide d’une photocathode. Ces électrons sont ensuite envoyés dans un tube sous vide au travers de plaques microperforées et subissent une amplification ; en gros, un électron génère l’émission d’autres électrons par réaction en chaine (cascaded secondary emission, en anglais). On atteint des facteurs d’amplification importants, de l’ordre de 50 000 à 90 000x. A l’extrémité du tube, les vagues d’électrons amplifiés frappent un écran au phosphore qui réagit en émettant la lumière verte caractéristique de la vision nocturne, et permet donc de voir la lumière réfléchie dans l’obscurité.

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Il s’agit donc d’un dispositif assez complexe et surtout nécessitant un facteur de forme important, en termes de poids et d’encombrement, et ce d’autant plus qu’il nécessite un générateur électrique puissant.

Des chercheurs de l’Université ANU (Australian National University) se sont attaqués à ce problème et viennent de publier des résultats intéressants permettant d’envisager des appareils plus compacts et plus faciles d’emploi, en utilisant les nanotechnologies.

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L’idée est d’utiliser des nano-antennes, à base d’arséniure d’aluminium et de gallium, 500 fois plus fines qu’un cheveu et capables de réaliser l’amplification des photons sans tube à vide. Le processus repose sur le phénomène dit de génération d’harmoniques de deuxième ordre (SHG pour Second Harmonic Generation). Là encore, je ne fais pas un cours de physique – j’en serais d’ailleurs incapable – mais j’essaie de simplifier au maximum. Ces nanocristaux d’arséniure de gallium ont en effet des propriétés non linéaires : ils doublent la fréquence de la lumière qui les traverse. Pour faire simple, ces cristaux sont capables de convertir la lumière infrarouge en lumière visible. En gros, ils changent la forme, la couleur et la forme de la lumière.

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L’intérêt est de nécessiter très peu d’énergie, et surtout de n’avoir besoin que d’une couche de nano-cristaux qui aurait ainsi la propriété presque magique de convertir et d’amplifier la lumière. Une telle couche pourrait être apposée sous forme de film, permettant ainsi de concevoir des lunettes à vision nocturne guère plus épaisses qu’une paire de lunettes de soleil. On peut également imaginer un pare-brise de véhicule conférant au pilote la capacité à conduire dans l’obscurité.

Aujourd’hui, les chercheurs de l’ANU ont montré qu’en utilisant ces nanocristaux, ils étaient capables de convertir un laser infrarouge en lumière visible. Pour aller plus loin, il faudra démontrer la capacité à traiter différentes fréquences – ce qui pourra être réalisé en combinant différentes tailles de nanocristaux.

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Les inventeurs espèrent développer (avec l’aide de la DARPA) un prototype d’ici 3 ans – en parallèle, d’autres voies existent comme le développement de lentilles de contacts à vision thermique, à base de graphène (voir cet article). Il est donc plus que probable que le fantassin de 2025 pourra disposer de systèmes impressionnants, et performants (en termes de puissance mais aussi de légèreté) conçus grâce à la démocratisation des nanotechnologies.

Feuille de lotus et capteurs abandonnés, Forum DGA innovation suite(s) et fin

Publié: 4 décembre 2016 dans Aéronautique, Blindage et matériaux, Electronique de défense, Informatique et IA, Nanotechnologies, Non classé
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De retour de Floride, je peux maintenant achever cette série sur le forum Innovation de la DGA, avec une dernière volée d’innovation (et évidemment, ce n’est pas parce que j’en parle maintenant qu’elles sont moins intéressantes). Bien entendu, je n’ai aucune prétention à l’exhaustivité, et je ne rends compte ici que des innovations que j’ai pu voir ou des équipes de recherche avec qui j’ai pu converser. Vous trouverez sur Internet nombre d’autres articles sur l’événement, mais voici donc la fin de ma sélection toute personnelle.

La feuille de Lotus et l’aéronautique

Encore une innovation parrainée par une personnalité de la DGA, en l’occurrence le pétillant et incisif Ingénieur général de classe exceptionnelle Christian Chabbert: FATAA. L’acronyme (oui, parce qu’à la DGA, on aime bien les acronymes) signifie Film Alternative (sic) au Tedlar (re-sic) ; amélioration d’aéronefs. Et il s’agit d’un sujet qui me parle particulièrement : le biomimétisme (voir cet article pour ceux qui sont intéressés au domaine).

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L’innovation s’inspire de la feuille de Lotus, et en particulier des capacités superhydrophobes de sa surface. Ce n’est pas un thème nouveau : depuis longtemps, les propriétés de la feuille de lotus sont connues et observées, et plusieurs travaux s’en inspirent. La feuille de ce végétal a en effet la capacité de repousser les gouttes d’eau qui glissent sur sa surface – le résultat étant que la feuille reste toujours propre ce qui permet à la fois de maximiser sa capacité de photosynthèse, et d’éviter toute colonisation microbienne. Cette propriété superhydrophobe est due à une rugosité nanométrique : la surface de la feuille est hérissée de nano-pics eux-même revêtus d’une cire hydrophobe (voir la représentation ci-dessus).

La capacité de la feuille de lotus à s’auto-nettoyer est connue depuis longtemps et inspire de nombreuses innovations (la NASA a elle-même utilisé cette propriété pour développer des textiles autonettoyants pour l’exploration lunaire – voir image ci-dessous, regardez le poster en arrière-plan).

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Le projet FATAA quant à lui s’intéresse aux propriétés de cette surface afin de développer une application pour les composites thermodurcissables en aéronautique. Il associe quatre partenaires : les sociétés EXPIRIS et Fluorotechnique, ainsi que l’Université Pierre et Marie Curie et le Collège de France.

L’objectif est de remplacer le Tedlar®, un matériau (polyfluorure de Vinyle) développé par DuPont, et permettant de protéger des surfaces exposées à un environnement hostile. L’objectif de ce projet RAPID de 39 mois était de développer une alternative au Tedlar® (qui fait l’objet d’un arrêt de production pour son utilisation aéronautique) en améliorant la performance de la protection, l’étanchéité, la facilité de mise en œuvre, et de répondre au défi de l’obsolescence, tout ceci dans une perspective de développement durable.

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Le résultat ? Un revêtement en spray, éco-neutre et inerte chimiquement, que l’on peut appliquer sur une structure composite (on peut même le peindre après coup). En mimant, à l’échelle nanométrique, les propriétés de la feuille de lotus, on obtient un résultat d’autant plus impressionnant que le film est appliqué en spray. Sur l’image ci-dessous, on voit les gouttes glisser sur la surface traitée (contour rouge) alors que sur le lettrage, non traité, elles s’étalent (contour bleu).

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Un projet novateur, et dual, avec des applications hors domaine de la défense, en photovoltaïque ou en aéronautique civile. En tout cas une innovation impressionnante à la fois en termes de capacité et de facilité de mise en oeuvre.

Les capteurs abandonnés et neurones à spikes

Un petit ajout à mon article sur AXONE, après avoir rebouclé vers le directeur de l’ISL, Christian de Villemagne : j’ai écrit à tort que le FPGA était uniquement conçu par la société Global Sensing Technologies. En réalité, le classifieur est un produit ISL, GST ayant intégré la technologie SpikeNet dans AXONE. Le projet SmartCam utilise d’ailleurs cette architecture (les cartes étant celles utilisée dans le projet AXONE).

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Au passage, cette technologie de classifieur par FPGA capable de faire de la reconnaissance de forme et développée par l’ISL a été récompensée par le prix 2016 de l’Ingénieur Général Chanson (un prix décerné chaque année par l’Association de l’Armement Terrestre (AAT), récompense des travaux permettant des progrès importants dans le domaine).

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En l’occurrence, il s’agissait de mettre en œuvre cette approche au sein d’un capteur autonome intelligent abandonné dénommé B-SAVED, doté d’une autonomie de 4 jours, et possédant, outre l’IA embarquée, un GPS et un module de communication. La version actuelle a été développée pour le 13e RDP.

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Voila, ce petit rectificatif méritait d’être mentionné. Outre les innovations décrites, de nombreux autres projets étaient présentés lors du forum (citons ainsi les projets de détection et de classification de cibles multispectrales dans l’infrarouge, de vision au-delà d’un obstacle par utilisation des multi-réflexions de photons, de la pile à combustible du fantassin, d’un réservoir capable de résister à l’impact d’une balle de 12,7 mm ou encore de la surveillance automatique des ondes cérébrales (projet MEEGAPERF) pour repérer les signes dans l’activité cérébrale qui permettent d’anticiper des ruptures de performances). Mais ce sera pour une autre fois…

Quand une super-crevette inspire l’innovation de défense

Publié: 14 novembre 2016 dans Blindage et matériaux, Nanotechnologies, naval, Non classé, Santé et médecine militaire
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Connaissez vous le biomimétisme ? C’est l’inspiration puisée dans la Nature pour résoudre des problèmes d’ingénierie complexe. Les exemples sont nombreux : par exemple, l’imitation du motif de la carapace du scarabée de Namibie pour développer une gourde capable de se remplir en plein désert en capturant l’eau présente dans l’air ambiant (voir ci-dessous).

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On peut citer de nombreux exemples. L’un des plus connus est l’imitation des rémiges à l’extrémité des ailes des rapaces. Ces plumes écartées leur permettent de diminuer les tourbillons de traînée , et ont donné naissance au développement des « winglets », ces ailerons situés en bout d’aile sur tous les avions modernes. On peut également citer la structure des pattes du gecko pour créer des adhésifs nanométriques, capables de donner naissance à de véritables fantassins-araignées (voir cet article). Ou la plume du pingouin pour créer des nouveaux joints thermiques pour la rentrée des capsules spatiales dans l’atmosphère… les exemples sont donc légion. Mais dans les applications pour le domaine de la défense, la championne incontestable est la crevette-mante religieuse (connue également sous les noms de crevette-pistolet, crevette-paon, ou squille), et j’ai trouvé intéressant d’en faire le sujet de cet article.

Ce petit crustacé, de la taille d’une langoustine, est capable de vous casser une main sans aucun problème (d’ailleurs en anglais, on l’appelle « thumb splitter » – autant dire qu’il faut savoir le saisir). Car la bestiole possède deux organes semblables à des marteaux qu’elle utilise pour pêcher ses proies. C’est d’ailleurs pour cela qu’on ne la voit jamais dans un aquarium : elle tuerait tous les autres occupants sans aucun problème (et les plus gros spécimens, de 20cm, pulvériseraient l’aquarium lui-même). Le rapport avec la Défense ? J’y viens…

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Les marteaux en question sont eux-mêmes assez sophistiqués; à l’échelle nanométrique, ils sont composés de chitine, un matériau que l’on retrouve chez de nombreux arthropodes. Mais chez notre crevette, la chitine du marteau est cinq fois plus dense que le reste de son corps et organisée de telle manière à dissiper l’énergie, ce qui lui permet de ne pas se blesser (pour être précis, chaque marteau est composé d’un sandwich de chitosane et d’hydroxyapatite). Car le coup part à la vitesse d’une balle de calibre 22, créant une telle onde de choc que notre crevette assomme toutes les créatures à moins de 80cm d’elle.  Je vous conseille cette vidéo de l’attaque d’un poulpe par une squille. Impressionnant.

Chaque marteau frappe avec une force colossale de 1500 Newtons.  L’impact est si violent qu’il engendre des étincelles.Ces étincelles ont été étudiées par spectrographie. Leur température est proche…de celle de la surface du Soleil. Notre petit crustacé, outre l’onde de choc, crée donc une véritable explosion, qui engendre une bulle de vapeur (en gros, l’eau bout au point d’impact). C’est ce que l’on appelle la supercavitation.

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Ce mode d’action est connu depuis longtemps, et la squille a été étudiée en particulier par les Chinois et les Russes. Ces derniers ont ainsi, en s’inspirant de notre crevette, développé une torpille, la Chkval, pouvant se déplacer sous l’eau dans sa bulle d’air, à la vitesse de 370km/h (en gros, le double de la vitesse d’une torpille classique) – ci-dessous, l’extrémité d’une torpille Chkval.

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Les allemands auraient aussi développé une torpille baptisée « Superkavitierender Unterwasserlaufkörper » – et nos alliés américains sont en train de développer un programme analogue (avec très peu d’information disponible).

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Quant aux Chinois, ils ont annoncé avoir développé un concept de sous-marin supersonique, capable de voyager de Shanghai à San Francisco en 100 minutes (!), en utilisant la supercavitation et une «membrane liquide capable de réduire la trainée hydrodynamique ». Sans possibilité de vérification, on ne peut qu’être dubitatif. D’autant que la contrôlabilité d’un tel engin est problématique, ainsi que son mode de propulsion (combustible classique ? nucléaire ?).

Reste que notre super-crevette n’a pas dit son dernier mot dans le domaine de l’innovation. Ses couleurs chatoyantes s’expliquent ainsi par une hyper-sensibilité visuelle étonnante. Alors que l’œil humain ne dispose que de 3 types de cônes, la squille en possède…16 ! Elle reçoit la lumière d’une manière très différente de l’œil humain : on appelle cela la vision CPL pour Circular Polarized Light. De plus, les yeux du crustacé possèdent trois pseudo-pupilles qui lui permettent de trianguler la position de sa cible. Certains travaux visent donc à s’inspirer de ce mode de vision complètement différent de tout ce qui est connu, pour développer une nouvelle génération de caméras capables de distinguer et de cibler des différences infimes dans l’infrarouge ou l’ultraviolet.

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Et pour conclure, l’animal est aussi source d’inspiration pour le combattant augmenté. Des chercheurs de l’Université de Californie (Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab) ont ainsi reçu un financement d’un demi-million de dollars par l’armée américaine (Air Force Office of Scientific Research), afin de s’inspirer de la carapace des marteaux de la squille pour trouver des nouveaux matériaux capables de jouer un rôle de protection balistique. Des essais reproduisant la structure de la carapace (modélisée par une technique utilisant les éléments finis) par impression 3D sont en cours – un prototype de casque a ainsi été développé.

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Le biomimétisme est donc un domaine d’avenir, en pleine expansion. Et ses applications dans le domaine de la défense sont nombreuses et encore largement sous-exploitées (notamment dans le domaine de la médecine militaire). Une filière biomimétique de défense en France pourrait ainsi avoir du sens, après tout, comme le disait Montaigne : « la Nature peut tout et fait tout ».

La bioélectronique : des  bactéries capables de produire des nanofilaments électriques

Publié: 2 septembre 2016 dans Electronique de défense, Nanotechnologies, Non classé
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Je l’admets, pour un retour de vacances, le titre est quelque peu sibyllin… Explication : des chercheurs travaillant avec l’Office of Naval Research américain (un tout petit laboratoire puisqu’il a un budget de seulement – ! – 1,7 milliards de dollars) viennent d’annoncer avoir utilisé des bactéries génétiquement modifiées pour créer des filaments plusieurs milliers de fois plus fins d’un cheveu, et capables de conduire de l’électricité.

Ce faisant, il s’agit de trouver une voie alternative à l’utilisation de techniques chimiques de nanoélectronique. En l’occurrence, le chercheur Derek Lovley de l’Université du Massachussets (et détenteur d’un contrat avec l’ONR) a utilisé une protéobactérie appelée Geobacter Sulfurreducens, déjà connue pour pouvoir oxyder des matériaux comme le fer, les composés organiques, ou même certains métaux radioactifs.

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A l’état naturel, cette bactérie produit des « pili », soit des nanofilaments nanométriques, qui lui permettent de réaliser une connexion électrique entre elle et son substrat (ce sur quoi elle pousse), typiquement des oxydes ferreux. Ces filaments lui permettent de communiquer avec d’autres congénères, et de former un « biofilm » à la surface du substrat. D’où l’idée d’utiliser ces bactéries pour transporter une plus grande quantité d’électricité, à l’échelle nanométrique.

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Les chercheurs de l’ONR ont donc remplacé deux gènes dans le génome de la bactérie (afin qu’elle utilise un acide aminé appelé tryptophane, ayant des capacités supérieures de transport d’électrons à l’échelle nanométrique) avec un résultat impressionnant. Car le Geobacter ainsi « optimisé » est capable de produire des nanofilaments 2000 fois plus conducteurs que la bactérie originelle, mais également plus fins : 1,5 nm de diamètre (soit 1/60 000 du diamètre d’un cheveu) ! On parle donc de la capacité de générer des milliers de nano-câbles électriques extrêmement conducteurs, sur une surface très réduite.

Maintenant, pourquoi en parler dans ce blog ? Tout simplement parce que les applications sont très nombreuses, dans le civil (en particulier dans le médical, pour développer des nano-capteurs) comme dans le domaine militaire. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle l’ONR a financé cette recherche.

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L’application de ces nanofilaments à l’ingénierie de nano-capteurs ou nano-détecteurs est évidemment l’aspect le plus immédiat. On peut ainsi envisager le développement de nano-détecteurs, utilisant des microbes liés à un substrat de silicium, et alimentés en énergie par les nanofilaments, afin de pouvoir détecter des substances toxiques, chimiques ou explosives. Et la petite taille de ces détecteurs pourrait permettre d’en placer une grande variété sur des micro-drones.

Mais imaginez aussi des nanofilaments bactériens apportant une stimulation électrique à des microbes capables de générer, n’importe où, du carburant (en l’occurrence du butanol)… Ce n’est pas de la science-fiction, certaines bactéries, comme la bactérie Clostridium, E. Coli ou même la levure, ont la capacité de générer du n-butanol. Mais certaines peuvent le faire en utilisant l’électricité afin de convertir le dioxyde de carbone, produisant ainsi des dérivés. On appelle cela l’électrosynthèse microbienne. On peut ainsi imaginer des « batteries de bactéries » génétiquement optimisées, alimentées en électricité par les nanofilaments de Geobacter, et capables de produire du carburant sur le théâtre d’opérations, notamment dans des bases avancées, difficiles d’accès. Si, je vous assure, c’est sérieux.

Pour pouvoir réellement exploiter ces nanofilaments, un peu de recherche reste nécessaire, notamment afin de stabiliser leurs protéines. L’ONR continuera à financer ces travaux, dont les applications ouvrent une nouvelle ère, celle de la bioélectronique, une véritable rupture technologique et capacitaire.

 

Exosquelette-armure TALOS : le projet progresse

Publié: 6 juin 2016 dans Blindage et matériaux, Electronique de défense, Nanotechnologies, Non classé, Santé et médecine militaire
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Dans ce blog, on aime bien également suivre le devenir des innovations qui ont déjà fait l’objet d’un article. En l’occurrence, un petit coup de projecteur sur TALOS. Si vous vous en souvenez (voir cet article), TALOS – pour Tactical Assault Light Operator Suit – est une armure individuelle développée pour les besoins des forces spéciales américaines (US SOCOM). Elle consiste en une panoplie technologique très impressionnante censée rentrer en service en 2018, en vue d’assurer une protection balistique optimale aux fantassins.

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En particulier, TALOS possède une armure liquide intégrée, activée par champ électrique (rappel : il s’agit d’un matériau magnétorhéologique à base de nanoparticules, capable de changer son état de liquide à solide en quelques millisecondes, lorsqu’un champ magnétique ou électrique est appliqué). Lors de la conférence 2016 Special Operations Forces Industry Conference (SOFIC), l’US SOCOM est revenu sur le projet pour en donner les avancées actuelles.

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Au-delà de la protection conférée par le liquide, TALOS comprend des senseurs pour la vision augmentée du fantassin (IR, IL), un système intégrée de chauffage/refroidissement,  des capteurs permettant d’inférer l’état physique, voire des systèmes permettant automatiquement de stopper une hémorragie ou de fournir de l’oxygène. General Atomics, le célèbre fabricant de drones, est également de la partie, puisqu’il fournit un générateur hybride thermique/électrique pour l’armure. Capable de monter à 10 000 rpm (assez bruyamment), le système peut passer en « tout-électrique » pour préserver la discrétion. Il est également équipé des nouveaux moteurs de LiquidPiston (ci-dessous) pour mouvoir l’exosquelette.

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Le planning est agressif puisqu’un premier prototype devrait voir le jour pour Aout 2018 ! Le coût du programme est estimé à 80M$ – un montant que beaucoup trouvent sous-estimé. Mais le programme a donné naissance à des « spin-offs », au premier chef d’entre elles la société REVISION.

A partir des spécifications de TALOS, la société REVISION a en effet développé le Military’s Kinetic Operations Suit, un concept qui équipe le fantassin d’un exosquelette pour les membres inférieurs, et d’une colonne vertébrale rigide, pour faciliter l’emport de charges.

Le système a également un mode réfrigération incorporé, et permet de protéger le fantassin à 60% (contre 18% actuellement) des impacts de balles. Tout ceci a mené le président Obama à déclarer publiquement « nous construisons un IronMan ». Restent encore quelques grandes interrogations : le coût, le poids, l’efficacité du système énergétique, et…la facilité à utiliser son armement des deux mains, tout en contrôlant l’armure.

La société REVISION (mais a priori sans l’armure complète) sera présente la semaine prochaine lors du salon Eurosatory 2016. Pour s’inscrire, c’est gratuit (mais réservé aux professionnels et au plus de 16 ans), et c’est ici 

 

 

 

 

 

Une peau d’invisibilité anti-radar

Publié: 10 mars 2016 dans Aéronautique, Blindage et matériaux, Nanotechnologies
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Bon, puisque nous sommes dans une thématique « radar », continuons, avec une nouvelle technologie assez ébouriffante. Un nouveau concept vient en effet d’être développé par les chercheurs de l’université de l’Iowa. Il s’agit d’une « méta-peau » (meta-skin, dans le texte), pouvant camoufler un objet vis-à-vis d’un radar.

Vous vous souvenez peut-être de mon article sur la cape d’invisibilité à base de métasurface diélectrique. Ici, le principe est différent, et consiste à utiliser des métamatériaux polymères à base de métal liquide (oui, je sais, ça se complique). Explication.

Pourquoi ce jargon de métamatériau ? Le terme désigne en fait un matériau composite artificiel qui présente des propriétés électromagnétiques qu’on ne retrouve pas dans un matériau naturel. En l’occurrence, il s’agit d’un matériau composite « métal liquide» capable de modifier la propagation des ondes électromagnétiques.

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L’idée consiste à incorporer des résonateurs électriques, en gros des anneaux emplis d’un alliage métallique appelé le galinstan, entre deux fines couches de silicone. Le galinstan est un alliage de gallium, d’indium et d’étain qui possède la propriété d’être liquide à température ambiante, avec une température de fusion de -19°C, et qui n’est pas toxique, à la différence d’autres métaux possédant les mêmes propriétés, comme le mercure. D’ailleurs, le galinstan est commercialement utilisé pour remplacer le mercure des thermomètres.

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En l’occurrence, il emplit des anneaux d’un diamètre de 2.5mm, d’une épaisseur de 0.5mm, qui jouent le rôle de résonateurs capables de piéger les ondes électromagnétiques radar. Là où l’idée est encore plus innovante, c’est qu’en étirant la « peau » de silicone, on modifie la taille des anneaux en métal liquide, et donc la fréquence qui doit être piégée.

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Et cela fonctionne : une fois un objet revêtu de cette « cape », 75% des ondes radar qu’il reçoit (entre 8 et 10 GHz) sont absorbées, quelle que soit leur incidence ou l’angle d’observation.

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Pas d’information pour l’instant sur la taille maximale de la « cape » et son coût de production, même si les auteurs considèrent visiblement pouvoir revêtir un avion ou un drone d’une telle « peau ».

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Mais il y a plus fort : en réduisant la taille des résonateurs, et en utilisant des technologies de nanofabrication, on pourrait piéger d’autres ondes…et notamment les ondes correspondant à la lumière visible. Une autre voie qui pourrait mener à la cape d’invisibilité déjà envisagée par les chercheurs de l’université de Californie à San Diego. Celle-ci reposait sur l’utilisation d’une structure de Teflon incorporant des micro-particules de céramique, mais qui avait l’inconvénient de nécessiter que l’observateur se trouve en face de l’objet, avec une lumière d’une incidence fixée. Une limitation que l’équipe des Pr Liang Dong et Jiming Song semblent avoir surpassée.

En tout cas, si le système fonctionne pour des ondes de 8 à 10GHz aujourd’hui, cela pourrait trouver une nouvelle application…car ce sont les longueurs d’onde des radars routiers aux Etats-Unis ! Mais je n’ai rien dit…

Bientôt des lentilles de vision thermique, grâce au graphène

Publié: 11 novembre 2015 dans Nanotechnologies, Optronique
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Ou plus exactement, par l’utilisation de MEMS à base de graphène ; une phrase qui nécessite quelques explications. En premier lieu, qu’est-ce que le graphène ? Il s’agit de cristal de carbone pur bidimensionnel (en gros une monocouche de carbone) obtenu soit directement à partir du graphite, en le « pelant » pour séparer les couches, soit par synthèse, par exemple en faisant chauffer à plus de 1000 degrés un catalyseur sur lequel un gaz d’hydrocarbure va se dissocier et déposer des atomes de carbone.

Le graphène est un matériau conducteur qui possède de très nombreux intérêts (des processeurs à base de graphène devraient d’ailleurs bientôt voir le jour) – parmi ceux-ci, un coefficient Seebeck unique (décidément, cet article devient de moins en moins lisible). En gros, un pouvoir thermoélectrique remarquable : un senseur à base de graphène est sensible à la totalité du spectre infrarouge.

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Des chercheurs du MIT ont donc annoncé avoir combiné un capteur thermoélectrique à base de graphène avec un MEMS (micro système électromécanique) composé d’une membrane de nitrure de silicium. Le résultat : un capteur capable de détecter les températures du corps humain, dans une pièce à température normale (pour les connaisseurs du domaine, on obtient des réponses de 7 à 9 V/W, pour une longueur d’onde de 10.6 microns et une constante de temps de 23ms). Bon, je ne rentre vraiment pas dans une explication exhaustive: vous trouverez (en payant), l’article ici.

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Il s’agit d’une innovation qui devrait révolutionner le domaine de la vision thermique. Car jusqu’ici, pour détecter des signatures thermiques à température normale, les senseurs devaient être refroidis par cryogénie, afin de supprimer le bruit de fond du aux radiations thermiques de la pièce.

Les capteurs étaient donc chers et volumineux, afin d’intégrer les composants nécessaires pour le refroidissement. Avec cette nouvelle technologie, sans rentrer dans les détails, il devient possible de développer un système de vision thermique très compact, voire flexible et transparent. De là à imaginer des «lunettes thermiques » ou même des « lentilles thermiques », il n’y a qu’un pas. Un pas d’ailleurs déjà franchis par une équipe de recherche de l’université du Michigan qui, il y a un an, avait présenté un prototype d’une lentille de contact infrarouge, toutefois moins sensible ‘voir photo ci-dessous) que le détecteur construit par le MIT. Cette sensibilité était le seul vrai obstacle au développement de lentilles thermiques. Le MIT annonce travailler maintenant sur un senseur fondé sur une seule couche de graphène.

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Maintenant que la faisabilité est avérée, nul doute que dans le futur proche, des nouveaux senseurs infrarouges portables et haute définition verront le jour, et ce pour un coût raisonnable. Entre les processeurs, les gilets pare-balle, les écrans et maintenant la vision thermique, le 21e siècle est bien l’ère du graphène.

Tenues NRBC auto-décontaminantes (suite): une avancée française

Publié: 7 mai 2015 dans Blindage et matériaux, Nanotechnologies
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Récemment, j’ai publié un article (visible ici) sur les tenues NRBC auto-décontaminantes développées par nos amis américains. L’un de mes gentils collègues a porté à mon attention qu’une société Française entreprenait une démarche analogue; c’est donc avec grand plaisir que je publie cette suite.

Il s’agit de la société Lyonnaise OUVRY, qui est spécialiste des tenues de protection NRBC, et qui possède une offre très complète à destination des forces armées (y compris forces spéciales), mais également des forces de l’ordre, et des utilisateurs industriels. La société tient d’ailleurs un blog sur le sujet, accessible ici.

Dans le cadre du programme CSOSG 2009 de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), Ouvry est engagée dans le projet SELDEC de R&D. Le projet vise à développer « des textiles fonctionnalisés avec des matériaux photocatalytiques, capables de s’auto-décontaminer sous illumination naturelle visible/solaire et artificielle, UV-A ». Pour ce faire, la technologie met en oeuvre (comme dans le cas américain) des « nanoparticules à base de dioxyde de titane (TiO2) modifié, directement activables sous illumination visible/solaire ».

Le textile reçoit en fait un dépôt de TiO2 en plusieurs couches (une couche de dioxyde de Titane, une couche de polyélectrolite, etc), tenant par interactions électrostatiques fortes.

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Le résultat est concluant, puisque le processus de destruction par photocatalyse est présenté dans le graphe ci-dessous (concentration de différents contaminants en fonction du temps d’exposition aux UV).

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En outre, le procédé est résistant au vieillissement, puisqu’après plusieurs lavages, traitements abrasifs ou expositions à la lumière solaire, les capacités photocatalytiques ne sont pas altérées. Cependant, des tests avec un agent virulent réel (ypérite) ont montré qu’une durée d’exposition plus longue était nécessaire afin de dégrader complètement le contaminant. Selon les chercheurs : » Les vêtements ont été testés pour leur confort lors d’essais au porté par des utilisateurs entrainés et familiers des équipements de protection individuelle NRBC, le SDIS 91. A la suite des ces essais, la tenue SELDEC est apparue significativement meilleure qu’une tenue imperméable et qu’une autre tenue filtrante »

La société poursuit désormais ses travaux dans le cadre du programme franco-allemand SAFECOAT, visant à généraliser l’approche et associant la société OUVRY, l’Institut Charles Sadron et le LMSPC (Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse).

Images (c) Ouvry

Un nouveau matériau transparent à toute épreuve: la spinelle

Publié: 27 avril 2015 dans Aéronautique, Blindage et matériaux, Nanotechnologies, Non classé
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Encore une innovation de l’Office of Naval Research (ONR) américain: le SPINEL. Ce matériau correspond à de l’aluminate de magnésium – MgAl2O4 (oxyde de magnésium et d’aluminium); il est bien plus résistant que le verre, vis à vis de l’érosion, possède une dureté remarquable. En réalité, le Spinel est connu depuis fort longtemps en joaillerie: on l’appelle la spinelle, et il s’agit d’une pierre fine.

Ce matériau était connu depuis longtemps dans d’autres métiers, en particulier en raison de son faible poids, un atout évident pour l’utilisation en environnement contraint, comme l’aéronautique et le spatial. Mais pour la première fois, l’ONR a réussi à concevoir et fabriquer de la spinelle parfaitement transparente, en utilisant une technique de presse chaude, sous vide, à partir de poudre de nanoparticules.

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Dans les bonnes conditions, il devient possible de supprimer l’air piégé dans le mélange: le résultat est parfaitement transparent. Ce nouveau matériau conserve donc toutes les propriétés de la spinelle classique, mais possède également des propriétés optiques remarquables, comme celle de laisser passer les rayonnements infrarouges. Et contrairement au verre, une craquelure ne se propage pas, le matériau étant polycristallin, l’énergie de cassure se dissipe très rapidement ce qui empêche la propagation.

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La spinelle permet donc de concevoir des vitres blindées pare-balles, pour la moitié ou le tiers du poids classique.

Le fait de laisser passer les infrarouges permet d’utiliser la spinelle dans le domaine de la protection des caméras infrarouge; le verre ne permettant pas de le faire, jusqu’à maintenant, le recours à des matériaux exotiques, donc coûteux, était l’unique alternative.

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De la même manière, la spinelle peut être utilisée pour les orifices de sortie LASER, puisqu’elle ne comporte pas d’impuretés (susceptible de chauffer lors du passage du rayon).

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L’utilisation d’une technique de presse, à partir d’une poudre de nanoparticules, permet de concevoir des verres de spinelle de formes variées : il devient ainsi possible de concevoir directement un dôme optique dans ce matériau. Une expérimentation est en cours, afin de concevoir des visières avec  affichage tête haute, à l’épreuve des balles. La dualité de cette recherche est évidente; nul doute que la spinelle transparente synthétique se retrouve rapidement dans les écrans de nos smartphones…

Photos (c) Office of Naval Research

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