Caractérisation mécanique et physique de fils capteurs de déformations

Ce projet aura lieu au sein du laboratoire Clément Ader, site d'Albi. Il sera fait dans les locaux de l'IMT Mines Albi, école de l'institut Mines Telecom. Le logement est possible sur site.

Contexte
Au sein de la plateforme Arago de l’IMT Atlantique et de l’Institut Clément Ader de l’IMT Mines Albi, deux capteurs de déplacement et de déformation sous forme de fils, ont été développés. Ces capteurs ont l’originalité de s’intégrer dans des architectures textiles ou sur des structures mécaniques flexibles afin de mesurer de grandes déformations. Ce pourraient être de très bons capteurs pour le suivi de la déformation d’un dispositif médical. Une des applications envisagées est, grâce à l’insertion du fils sur une orthèse, l’obtention en direct de l’étirement du membre sur laquelle l’orthèse est placée, par exemple lors de séance de rééducation. Cela permettrait la surveillance des exercices de rééducation ou de fixer des limites pour le rééducateur.

Objectifs
Le capteur développé au sein de l’IMT Atlantique est un capteur piezorésistif réalisé par fonctionnalisation avec un polymère conducteur (poly3,4-ethylenedioxythiophene-PEDOT) et de fils élastiques Lycra®. Le fil présente des variations reproductibles et proportionnelles de résistance en fonction de la déformation. Le capteur développé au sein de l’IMT Mines Albi est un fil ayant des propriétés mécano-chromiques sous ultraviolet (UV). Ainsi le fils passe du vert au bleu sous UV lorsqu’il est soumis à une traction. La quantité de vert et de bleu varie proportionnellement à la déformation du fils, ce qui permet de détecter le taux de déformation. Le fil se compose d’une base polymère (polypropylène (PP) ou polyoléfine élastomère (POE) ou un mélange PP/POE) et d’un additif créant l’effet mécano chromique. L’additif, bis(benzoxazolyl)stilbene (BBS), est sans risque pour la santé, car il est principalement utilisé comme colorant alimentaire. Ce fils peut être utilisé comme capteur seul sur des structures souples ou non. Il peut également être inséré dans une architecture textile, ce qui permet une détection des déformations au coeur même des tissus.

Ces deux capteurs ont donc des fonctions communes de mesure de déformation, mais des principes de fonctionnement, des étendus de mesure et des intégrations sur les systèmes différents. Leurs caractéristiques métrologiques sont quasiment entièrement connues. Néanmoins, leurs caractéristiques mécaniques et physiques restent à obtenir. Par exemple, leurs tenues à la chaleur ou à l’humidité ne sont pas entièrement connues. L’objectif principal de ce projet est de caractériser les deux capteurs afin de connaître toutes leurs limites d’utilisation pour définir des applications en santé plausibles. Ainsi, après un temps de découverte et de compréhension du fonctionnement des deux capteurs, le stagiaire devra proposer des méthodes de caractérisation adéquates. Par exemple, il peut être proposé des caractérisations avec images microscopiques au sein d’un microscope électronique à balayage, dispositif disponible au sein de l’IMT Mines Albi. La caractérisation morphologique pourra également être proposé par le développement d’essais adaptés, utilisant des moyens optiques.

Durée du stage
Stage de 6 mois (entre février et septembre 2025). Le stage se déroulera à l’IMT Mines Albi, dans les locaux du laboratoire Institut Clément Ader principalement avec au moins un séjour à IMT Atlantique pour la compréhension et la réalisation du capteur piézorésistif.

Programme de recherche
Le déroulement prévu du stage est le suivant :
- Phase préliminaire : Découverte et compréhension du fonctionnement des capteurs, à l’aide d’une étude de la littérature
- Phase 1 : Définition des besoins de caractérisation en tenant compte de la revue de littérature et de l’étude de marché
- Phase 2 : Développement d’essais en réponse à ses besoins
- Phase 3 : Création des échantillons
- Phase 4 : Mise en place des essais
- Phase 5 : Réalisation des essais
- Phase 6 : Analyse des résultats et conclusion du projet

Profil souhaité
Etudiant/Etudiante en M2 ou ingénieur. Connaissances en mécanique et/ou instrumentation.
Etudiant/Etudiante curieux/curieuse et dynamique.
Rigueur et goût pour l’expérimentation