Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet de recherche européen INTELTEX («Intelligent multi-reactive textiles integrating nano-filler based CPC-fibres») du 6ème PCRD, et vise l’élaboration de capteurs textiles grâce à l’incorporation de nanotubes de carbone (NTC) dans un ou plusieurs polymères. L’objectif de ce travail est d’intégrer dans les Équipements de Protection Individuelle des sapeurs-pompiers, un nouveau composite textile basé sur l’utilisation de nanocharges innovantes, permettant de les alerter sur une élévation critique de la température environnante. La réalisation de ce détecteur passe par la préparation d’un Composite Polymère Conducteur biphasique, dont l’un des deux polymères (Polycaprolactone (PCL)) contient les NTC. Il constitue de part sa température de fusion proche de la température de détection souhaitée, la phase sensible à l’élévation de température. Il est protégé par le second polymère dont la température de fusion est plus élevée (Polypropylène (PP)). Pour notre application, une interpénétration des deux phases (morphologie co-continue) ainsi qu’une localisation sélective des NTC dans le PCL sont privilégiées afin d’obtenir une bonne conductivité électrique. Une fois l’élaboration du multifilament biphasique conducteur (par filage en voie fondue) atteinte, le fil est intégré dans une structure tissée, qui instrumentée, permet de récupérer le signal électrique. La présence d’un effet de Coefficient de Température Positif permet une détection à la température de fusion du PCL et les prototypes étudiés dans des conditions plus proches du réel qu’en laboratoire permettent de vérifier la reproductibilité et montrent des résultats prometteurs. / This study is a part of the European research project INTELTEX (“Intelligent multireactive textiles Integrating nano-filler based CPC-fiber”) of the Sixth Framework Programme for Research and Technological Development. The elaboration of a textile sensors is ensured by the incorporation of carbon nanotubes (CNT) in one or more polymers. The final goal of this work is to integrate in Personal Protective Equipment (PPE) for fire-fighters, a new textile composite based on the use of innovative nanofillers enables them to be alerted at a critical elevation of the surrounding temperature. The realisation of this sensor requires the preparation of a biphasic Conductive Polymer Composite (CPC), where the two polymers have farther melting temperatures and one of which corresponds to the wished detection temperature. The CNT are introduced in the phase which is sensible to the temperature elevation (Polycaprolactone (PCL)) and protected by the second polymer whose melting temperature is higher (Polypropylene (PP)). For our application, an interpenetration of two phases (co-continuous morphology) and a selective localization of CNT in the PCL are privileged to obtain a good electrical conductivity. Once the development step of the biphasic conductive multifilament (by melt spinning) reached, the yarn is embedded in an instrumented woven structure, which permits to record the electrical signal. The presence of an effect of Positive Temperature Coefficient (PTC) allows the detection at the melting temperature of PCL (58°C). The firsts prototypes studied under conditions closer to the reality show the reproducibility so that very promising results.

La thèse s’inscrit dans le cadre du projet de recherche collaborative VEADISTA (Veille à distance et alerte intelligente) qui repose sur la conception d’une technologie ergonomique à bas coût. L’objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser des capteurs de température et de pression imprimés sur support flexible pour des applications biomédicales. Ils doivent être adaptés à une intégration sur un transpondeur passif télé-alimenté, conformables pour s’adapter au bras du patient, bas coût et permettant un transfert technologique vers l’industrie.Des prototypes de tests ont été réalisés dans le but d’identifier la topologie et la couche active les plus prometteuses pour la réalisation des capteurs de température en tout imprimé sur support souple. A l’issue de cette étude préliminaire, une thermorésistance à base d’encre d’argent a été réalisée par jet d’encre sur un substrat flexible. La caractérisation de ces capteurs a permis d’évaluer leur sensibilité et d’attester de leur bonne linéarité.Des tests préliminaires sur des capteurs commerciaux ont ensuite été effectués pour démontrer qu’il était possible de détecter le rythme cardiaque avec un capteur de pression. A la suite de cette étude, des capteurs de pression sur support souple ont été fabriqués en utilisant la technologie jet d’encre. Ces capteurs ont été caractérisés électriquement sous contrainte mécanique contrôlée. Pour aboutir à ces résultats, de nombreux développements technologiques ont été réalisés autour de la technique d’impression par jet d’encre. La maîtrise du triptyque encre-tête d’impression-substrat est en effet indispensable pour l’obtention de motifs de qualité. / This thesis is a part of the collaborative research project VEADISTA (Remote monitoring of vital parameters and smart alerts) based on the conception of an ergonomic technology at low-cost.The objective of this thesis is to design and to realize printed temperature and pressure sensors on flexible support for biomedical applications. Subsequent to this, these sensors must be suitable to an integration on a passive transponder remotely powered, conformable to fit the patient's arm, low cost and allowing a technological transfer towards industry.Prototype tests were realized in order to identify the most promising topology and active layer to achieve printed temperature sensors on flexible support. At the end of this preliminary study, a RTD based on a silver ink was performed by inkjet on a flexible substrate (Kapton). The characterization of these sensors allowed to assess their sensitivity and to attest to their good linearity.The preliminary tests on commercial sensors were then made to demonstrate that it was possible to detect the heart rate with a pressure sensor. Following this study, pressure sensors were manufactured on flexible support using inkjet technology. These sensors were electrically characterized under controlled mechanical constraint. To achieve these results, many technological developments were realized around the inkjet printing technique. The mastery of the ink – inkjet head – substrate interaction is indeed essential for obtaining good printed quality and functional sensors.

Ce mémoire présente l'étude et la conception d'électroniques d'interrogation de capteurs passifs de grandeurs physiques à base d'ondes élastiques se propageant à la surface de matériaux (SAW) piézoélectriques mono-cristallins. L'objectif consiste à réaliser une électronique d'interrogation capable de sonder la réponse d'un résonateur SAW au travers d'une liaison radiofréquence (RF) sans fils pour en extraire une information de température. Les résonateurs dans la bande ISM centrée en 433,92 MHz sont développés dans le cadre du projet SAWHOT pour de la mesure haute température (650 oC). Les résonateurs à onde élastique emmagasinent de l'énergie sous forme d'onde élastique lorsqu'ils sont stimulés par un signal radio-fréquence à la fréquence de résonance. Celle-ci est restituée à la fin de son excitation. Les électroniques présentées dans ce manuscrit fonctionnent sur l'analyse de la puissance rétro-diffusée par le capteur en s'inspirant de l'architecture d'un analyseur de réseau à balayage de fréquence. Deux électroniques d'interrogation sont présentées. La première utilise une synthèse de fréquence directe. La souplesse de générer un signal RF pour exciter le résonateur a donnée naissance à divers algorithmes pour optimiser les performances de la mesure. La vitesse à laquelle le lecteur est capable de sonder le capteur permet l'interrogation de capteurs placés sur un support mobile (axe de moteur). La résolution de mesure obtenue atteint le dixième de degré Celsius. La seconde électronique vise à réaliser une électronique compacte dans le but de réduire le nombre et la consommation des composants en intégrant les chaînes d'émission et de réception. Cette électronique est construite autour d'un radio-modem : ce composant combinant fonctionnalités RF et numériques est détourné de sa fonction principale de communication numérique dans le but d'interroger un résonateur SAW. Les contraintes associées aux constantes de temps, à l'isolation nécessaire et à l'accès à l'étage de réception d'un radio-modem nécessittent une étude préalable approfondie. L'algorithme développé pour ce composant a nécessité l'utilisation de techniques de traitement RADAR pour obtenir la température résultante d'un capteur différentiel bi-résonateurs. Cette électronique a permis de mesurer une température à 1 oC et de communiquer le résultat au travers d'une liaison numérique sans fil.