Vers plus d’électronique organique dans la smart city ?

Ian Cayrefourcq, directeur des technologies émergentes de la société Arkema, a résumé à l’Hôtel de l’Industrie, le 17 mai 2018, certains des changements en cours dans notre mode de vie. Il a abordé un secteur industriel particulièrement approprié à cette évolution, celui de l’électronique organique, qui devrait occuper de plus en plus notre espace.

2008 amorce l’accélération de la digitalisation du monde. C’est l’année où les humains deviennent majoritairement citadins. Désormais, « on dénombre plus de liaisons Internet mobiles que fixes et plus d’objets connectés que d’individus connectés » a souligné Ian Cayrefourcq. En Europe, Barcelone et Amsterdam se montrent alors les plus actives pour créer la smart city, mais peu de choses sont organisées avant le programme européen pour la recherche et l’innovation (H2020/FP8) et l’allocation de budgets. Les développements pour la cité du futur se concentrent sur les déplacements, les immeubles, les réseaux, l’énergie, la santé. Ils intéressent autant la vie privée que professionnelle. Dans une maison intelligente, l’habitant pilote la sécurité (intrusion, incendie, qualité de l’air), le confort (eau, température, déchet), l’énergie, la communication, les loisirs. On retrouve des thèmes identiques à ceux mis en œuvre dans la ville intelligente. La collecte des données des bâtiments 2.0 permet une gestion des moyens ou des flux, plus efficace à grande échelle. Concernant la santé, aujourd’hui chacun peut mesurer et suivre son rythme cardiaque, sa température, les efforts accomplis dans la journée, la valeur de son sommeil, etc. avec des objets qui tiennent informer le médecin ou la clinique. La récupération de ces données en réseau apporte des opportunités d’analyse sur toute une population. Idem pour le véhicule autonome qui peut communiquer avec ses semblables, avec des systèmes de gestion du trafic, ou encore avec les infrastructures routières.

L’importance des enjeux économiques et technologiques de la smart city motivent beaucoup d’entreprises. « Entre les télécommunications, les composants et les applications, le marché représente quelque 100 milliards de dollars et affiche un taux de croissance supérieur à 30 %. 500 milliards en 2025 semble une hypothèse communément admise, ce qui équivaut au puissant marché du semi-conducteur actuel », a estimé le directeur des technologies émergentes d’Arkema.

Pour qu’un système fonctionne, sa structure doit impérativement englober trois étapes, a récapitulé ce dernier : capturer des données, les communiquer vers un lieu de stockage ; les traiter. Les capteurs et les actuateurs réalisent l’interface avec les usagers. Ils occupent une place capitale. La finesse du maillage d’un réseau en entrée conditionne les résultats potentiels en sortie, autrement dit beaucoup de capteurs, partout améliorent la valeur ajoutée d’une application. Depuis 2016, il existe plus d’objets connectés que d’êtres humains sur terre. En exploiter 20 milliards dans le futur proche, exigera qu’ils ne soient ni chers, ni énergivores.

Développement de l’électronique organique

Microélectronique et électronique organique imprimée se complètent. Leur différence tient à la dimension physique des besoins auxquels elles répondent. « À titre d’exemple, l’appareil photo intégré au téléphone portable, les cartes mémoires Flash, les transistors appartiennent à l’univers microélectronique avec des architectures internes inférieures à cent nanomètres. Selon la loi de Moore, la taille de ces composants est divisée par quatre par unité de surface tous les deux ans, et donc leur coût diminue. C’est le principe de base qui explique la baisse permanente des prix des équipements électroniques et l’augmentation conjointe de leurs capacités dans un volume toujours moindre », a illustré Ian Cayrefourcq.

L’électronique organique imprimée est utilisée pour les grandes surfaces, éventuellement souples ou transparentes comme les écrans d’un mètre de diagonal. La technologie de fabrication est inspirée des procédés classiques d’imprimerie. Le produit fini ressemble à un rouleau de papier peint sur film plastique transparent (PET). Les composants sont plus grands, moins rapides et consomment plus d’énergie que ceux de la microélectronique. Ils ne présentent pas d’intérêt pour des circuits logiques complexes, mais uniquement pour travailler sur de grandes surfaces.

Arkema développe des polymères fluorés très polaires et piézo-électriques. Imprimés sur du PET, ils engendrent une tension d’un bord à l’autre du support. Typiquement, déformer le film change cette tension et réciproquement, appliquer une tension aux extrémités du matériau déforme le film. Reste à imaginer une foule d’utilisation concrète : capteur de pression capable de supporter un environnement hostile, de pression sanguine, d’ultrason, surface déformable de tableau de bord, haut-parleur de quelques centaines de microns d’épaisseur, etc.

La tendance de fonds de la société intelligente va vers plus d’électronique à toutes échelles et à bas coût. L’organique imprimé, en particulier, répond parfaitement à ce contexte et convient pour les interfaces conçues à la taille d’un individu. En France, la science des matériaux et l’imprimerie sont des industries assez fortes qui pourraient bénéficier de ce commerce en plein essor.

C2M