Textiles intelligents : e-textiles - Intégration et contraintes

Les textiles intelligents et leurs sous-ensembles, les e-textiles, ont fait leur apparition à la fin du XX^e siècle, principalement grâce à l’industrie chimique et électronique qui a permis de fonctionnaliser les fibres et les structures textiles. Ce sont des systèmes complexes pour lesquels la conception et la fabrication exigent des compétences spécifiques dans des domaines bien définis. Concrètement, il est indispensable de maîtriser la conception et la fabrication de circuits électroniques rigides et flexibles, le fonctionnement des capteurs et actionneurs, ainsi que la possibilité de les intégrer au sein des structures flexibles. La capacité de programmer des cartes microcontrôleurs telles que ARDUINO ou LILIPAD est également impérative. De plus, il est nécessaire d’avoir des compétences en conception et fabrication de structures textiles par les techniques de filature, filage, teinture, enduction, tissage, tricotage, tressage, broderie, etc.

Ces systèmes textiles intelligents combinent des structures issues du secteur textile avec des dispositifs et des circuits provenant de l’industrie électronique. Ces deux secteurs (textile et électronique) diffèrent considérablement en termes de propriétés morphologiques et mécaniques, ainsi qu’en ce qui concerne la résistance au lavage, au nettoyage, à l’entretien, etc. Cela implique une approche particulière lors de la phase de conception des textiles intelligents et de l’intégration des dispositifs électroniques miniaturisés, flexibles, voire des composants purement textiles sans éléments rigides. Les bases théoriques générales de la conception des systèmes textiles intelligents sont présentées sous forme de Systèmes Humains-Physiques-Cybers-Sociaux.

Ainsi, la conception doit prendre en compte les propriétés mécaniques très différentes entre les textiles et les dispositifs électroniques. Ces différences posent par exemple des problèmes au niveau des raccords entre les pistes conductrices flexibles et les parties conductrices rigides des composants électroniques. Pour éviter les casses et les pannes liées aux mauvais contacts, des interfaces basées sur des PCB (circuits imprimés) flexibles en Kapton ou en PET sont utilisées ; il est alors possible de coudre ou broder avec des fils conducteurs électriques tout en soudant les « pattes » rigides des microcontrôleurs, résistances, LEDs, etc. L’utilisation de colles conductrices peut également être envisagée pour réaliser les connexions électriques entre les conducteurs textiles flexibles et les parties rigides des composants électroniques « classiques ».

La miniaturisation des composants électroniques a rendu possible leur intégration au cœur des vêtements. Ces structures textiles sont désormais capables de mesurer les paramètres environnementaux et/ou physiologiques, puis de les analyser afin de fournir une réponse adaptée ou de prendre des mesures appropriées. La production des capteurs e-textiles utilisés pour mesurer les paramètres physiologiques fait appel à des techniques de fabrication textiles bien connues qui peuvent être facilement transférées vers 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, processus par lequel l’énergie ambiante est convertie en énergie électrique. La conception de ce type de structures textiles intelligentes, leur fabrication, ainsi que leur durée de vie et leur fiabilité, présentent des défis et contraintes en termes d’intégration et de résistance aux lavages. Ces deux exemples de structures textiles intelligentes sont présentés dans l’article [N 4 627].

L’objectif principal de cet article est d’aider les développeurs et les utilisateurs des textiles intelligents à concevoir et à utiliser ces systèmes complexes de manière à les rendre robustes et fiables, avec une durée de vie optimale. Les méthodes de test, y compris la résistance des textiles intelligents au lavage et à d’autres sollicitations mécaniques, y sont également présentées. Ce texte vise une meilleure compréhension des systèmes textiles intelligents et des e-textiles, en mettant l’accent sur certains aspects scientifiques indispensables à une meilleure appréhension, tout en s’appuyant sur des exemples concrets pour démontrer la faisabilité de ces systèmes complexes.