TRANSPORTATION

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Pour que le véhicule pleinement autonome et connecté soit une réalité un jour, et ainsi répondre aux enjeux sociaux, économiques et environnementaux actuels, les efforts de recherche et d’innovation doivent être poursuivis principalement sur la perception et l’analyse de l’environnement et la communication entre véhicules et avec son environnement.
Cela touche de nombreux domaines de l’électronique, comme les capteurs, l’intelligence artificielle, les télécommunications et la connectivité, la localisation, le traitement et la fusion de données, la cybersécurité…
L’IEMN bénéficie du terreau régional fertile dans le domaine des transports, au niveau industriel et académique. En effet, la Région Hauts-de-France est très investie dans la recherche sur les transports et les mobilités durables et autonomes, principalement ferroviaires et automobiles. Le paysage actuel de cette recherche comprend un certain nombre d’acteurs, dont l’Institut de Recherche Technologique (IRT) de la filière ferroviaire Railenium, le pôle de compétitivité i-trans, la Fédération de Recherche Transports Terrestres & Mobilité (FR TTM).
En contribuant pour une large part à ces recherches, l’IEMN s’inscrit pleinement dans le transport de demain. Le financement et la structuration de ces travaux à travers les dispositifs régionaux évoqués plus hauts mais aussi des projets nationaux (ANR, FUI) ou européens (H2020, CEF).
On peut classer les actions de l’IEMN en quatre thèmes, impliquant 6 groupes de recherche :

  • Transports intelligents, systèmes communicants embarqués, enjeux de cybersécurité associés, IA pour perception et identification de conditions de circulation
  • Contrôle et caractérisation non destructifs et contrôle-santé structurel par méthodes ultrasonores, caractérisation d’interfaces, surfaces et revêtements, conception de capteurs, instrumentations et traitement de signal associés
  • Diagnostic des réseaux filaires embarqués : Détection et localisation de défauts notamment à partir du signal de communication
  • Développements technologiques (micro-)capteurs et actionneurs, matériaux fonctionnels et technologies MEMS/NEMS pour conversion et récupération d’énergie, contrôle d’écoulements, etc.

Ces activités s’appuient sur des plateformes de recherche de pointe. Elles s’appuient également sur une équipe commune (e-COST) entre l’IEMN et le Laboratoire Électronique Ondes et Signaux pour les Transports de l’Université Gustave Eiffel.

Pour arriver à une mobilité autonome et durable, l’IEMN travaille sur les défis suivants :

Défi clé n° 1 : Les communications véhiculaires pour les transports intelligents 

Les communications dans les réseaux véhiculaires suscitent de plus en plus d’importance dans la communauté scientifique. Ces réseaux trouvent de nos jours une multitude de domaines d’application allant de la conduite autonome intelligente à la gestion des convois de véhicules. On prévoit, dans les prochaines années, un accroissement considérable du besoin de ce type de systèmes à cause de l’urbanisation intensive des villes, du coût énergétique et de l’impact environnemental considérables des moyens de transport actuels, des exigences de plus en plus élevées en termes de sécurité routière et d’expérience de conduite des usagers (confort, infodivertissement), etc.

La gestion des communications entre les véhicules et l’infrastructure du réseau pose de nombreuses contraintes techniques telles que l’exigence d’une grande fiabilité et d’une ultra-faible latence dans la transmission des commandes, d’un niveau élevé de la sécurité des communications, et la nécessité d’un haut degré d’interopérabilité avec les autres réseaux sans-fil ou mobiles, pour n’en citer que quelques-unes.


Défi clé n° 2 : Diagnostic des réseaux filaires embarqués

Dans le cadre des véhicules intelligents voire autonomes, nous assistons à un accroissement du nombre de calculateurs embarqués permettant des fonctionnalités avancées d’aide à la conduite pour assister voire se substituer au conducteur (régulateur de vitesse, aide au freinage, parking automatique. . .). Ces calculateurs contrôlent et commandent différents systèmes grâce à un ensemble de capteurs et d’actionneurs répartis dans le véhicule, et échangent des données entre eux grâce à des réseaux de communications. On aboutit ainsi à une grande complexité des réseaux d’énergie et de communication, se traduisant par un grand nombre de connexions et de conducteurs filaires, complexité qui s’est encore accrue avec l’apparition des véhicules électriques autonomes. Cela provoque une augmentation du risque d’apparition de défaut pouvant nuire à l’intégrité du véhicule et à la sécurité des passagers.

L’objectif des travaux de recherche est d’élaborer un système de détection de défauts et de surveillance de l’état de santé des réseaux (« Health monitoring ») dans les véhicules autonomes, incluant les aspects diagnostic et décisions de maintenance.


Défi clé n° 3 :  Contrôle et caractérisation non destructifs et contrôle-santé structurel par méthodes ultrasonores

Le contrôle non-destructif (CND) fait partie intégrante de la production et des opérations de maintenance dans tous les secteurs industriels où la fiabilité des composants et équipements est une priorité. Dans le domaine du transport en particulier, les enjeux de réduction de consommation par allègement structurel sans nuire à la sécurité et la fiabilité en service sont d’importance croissante. Les interactions ultrasons-matières peuvent dans cet objectif être mis à profit pour contrôler et caractériser la durabilité des matériaux et revêtements, mais également permettre un suivi en service ou « monitoring » des structures et assemblages. Les travaux de recherche s’intéressent alors à la physique de la propagation ultrasonore, la conception de capteurs et moyens de transductions adaptés dans une large gamme de fréquence et les traitements des signaux basés sur la physique sous-jacente. Dans ce cadre, les chercheurs de l’IEMN travaillent notamment sur les thèmes suivants :

  • Caractérisation de l’adhérence des revêtements et de leurs défauts par ondes de surface et guidées générées et détectées par sources laser.
  • Conception de capteurs interdigités à ondes de surface pour l’analyse de l’adhérence et de l’état des couches
  • Détection / suivi d’endommagements ou corrosion par méthodes ultrasonores innovantes et à faibles ressources matérielles (analyse des codas de reverbération ou corrélation de bruit).
  • Caractérisation par ultrasons haute fréquence de fluides caloporteurs pour le refroidissement de systèmes embarqués.


Défi clé n° 4 :  Développements technologiques (micro-)capteurs et actionneurs, matériaux fonctionnels et technologies MEMS/NEMS

Le développement des systèmes embarqués dans les véhicules nécessite la conception de nouveaux principes de capteurs et actionneurs efficaces et intégrables. Dans ce cadre, la mise en oeuvre, la caractérisation et l’optimisation de matériaux fonctionnels innovants et à faible impact environnemental constituent un sujet de recherche essentiel.

Ainsi les chercheurs de l’IEMN travaillent sur le développement de matériaux électroactifs et piézoélectriques respectueux de l’environnement (par exemple sans plomb) pour la conversion d’énergie, ou la réalisation de micro-actionneurs ou micro-capteurs. Les applications vont de la réduction de la consommation des véhicules en contrôlant de manière active les caractéristiques aérodynamiques par micro-actionnement à la réalisation de de micro-transducteurs ou transducteurs IDT-SAW flexibles pour la caractérisation ultrasonore haute fréquence d’interfaces de contact ou de revêtements. L’IEMN dispose pour ce faire de tous les moyens technologiques nécessaires : procédés de microfabrication de la salle blanche (lithographie, gravure humide, gravure physique, lift-off) sur des couches minces ou des matériaux massifs.