L’équipe Smart Materials and Related Technologies (SMART) mène des travaux sur l’interaction entre les ondes et la matière dans des domaines applicatifs allant des composants et systèmes hyperfréquences à l’électromagnétisme des structures biologiques en passant par le développement de capteurs environnementaux. Elle est constituée de 11 membres permanents (10 enseignants-chercheurs et 1 ingénieur de recherche) qui allient des compétences complémentaires de physiciens et d’électromagnéticiens pour mener à bien ces travaux.
Les activités de l’équipe s’organisent autour de trois axes de recherche :
1. Production et mise en œuvre de matériaux fonctionnels dans les processus de réalisation de dispositifs et de systèmes micro-ondes
L’équipe présente une capacité à produire des matériaux magnétodiélectriques « faible coût », par voie chimique, et par technologie additive ce qui lui permet de réaliser et de tester des céramiques magnétiques (fabrication de matériaux magnétodiélectriques faibles pertes et aux performances adaptées aux applications radiofréquences) ainsi que des composites diélectriques ou magnétiques à matrice polymère (absorbants électromagnétiques structurés, multi-matériaux, multi-couches...). Des matériaux magnétodiélectriques développés par l’équipe pour la miniaturisation d’antennes ont contribué à la réalisation de démonstrateurs. Les résultats de l’équipe sur l’élaboration de ferrites durs auto-polarisés sont à l’état de l’art, ou au-delà. L’équipe poursuit des travaux dans la modélisation de circulateurs et isolateurs en partenariat avec plusieurs acteurs industriels (Thales Research and Technology, Thales Alenia Space, Cobham Microwave, Thales LAS) et institutionnels (DGA, CNES, CEA) avec pour objectifs d’améliorer la modélisation de ces composants et de diminuer leurs tailles et leur coût de fabrication par l’utilisation de matériaux et technologies innovants. Des résultats remarquables (à l’état de l’art) ont été obtenus dans le cadre du projet Euripides MM_WIN avec une preuve de concept concernant la réalisation de circulateurs sans aimant ultra-compacts en bande Q. Ces dernières années, une nouvelle activité a également émergé dans l’équipe. Elle consiste à développer des matériaux imprimables adaptés aux applications hyperfréquences et à utiliser cette nouvelle technologie d’impression 3D pour concevoir des circuits et surfaces complexes intégrant des matériaux multi-couches structurés pour répondre à des besoins applicatifs et proposer une alternative aux moyens classiques de fabrication soustractif. Cette technologie a été appliquée à la réalisation de charges hyperfréquences et d’absorbants en espace libre dont les premiers résultats ont conduit à l’obtention d’un projet ESA ARTES, d’une R&T CNES et d’une thèse CIFRE. Une des activités de cet axe concerne également l’élaboration et l’optimisation des propriétés de couches minces magnétiques nanométriques (perméabilité élevée, fréquence de résonance élevée) pour la miniaturisation de composants hyperfréquences. Enfin, les membres de l’axe travaillent au développement de méthodes de caractérisation EM pour l’extraction des propriétés (permittivité et perméabilité complexes) de matériaux se présentant sous différentes formes (liquides, solides, couches minces) dans des gammes de fréquences allant de la bande UHF à la bande W.
2. Electromagnétisme des matériaux hétérogènes et des structures biologiques
Dans cet axe, les chercheurs de l’équipe mènent des travaux numériques et expérimentaux sur l’étude de milieux complexes hétérogènes mais aussi de milieux biologiques.
Sur le thème des matériaux hétérogènes, les travaux concernent la modélisation de l’interaction entre les ondes EM et des nanostructures à matrice polymère. Il s’agit de développer des assemblages nano-structurés, ayant des fonctionnalités telles que l’apparition de la magnéto-électricité dans les nanocomposites magnétostrictifs/piézoélectriques. Plus récemment, la caractérisation de matériaux multifonctionnels à base de matrices de PVDF et P(VDF/TrFE) chargés en nanotubes de carbone (dopés magnétiquement ou non) ou de graphème a été abordée en vue d’une modélisation des relations structure-propriétés à caractère fondamental, mais également pour optimiser des solutions technologiques pour l’écrantage électromagnétique.
Les membres de cet axe mènent également des travaux pluridisciplinaires sur l’électromagnétisme des structures biologiques avec pour objectif de relier la réponse mécanique de matériaux biologiques à une excitation électromagnétique exogène. Les confrontations simulations / expériences préliminaires ont démontré la pertinence d’une analyse statistique multi-échelle basée sur des modèles cœur—couronne de cellules. L’ajustement de la fréquence d’excitation du champ et les phénomènes de proximité permettent de bien contrôler la nature attractive ou répulsive des interactions entre cellules. Ces travaux s’orientent aujourd’hui vers une analyse multi-physique de façon à pouvoir contrôler les contraintes et déformations de cellules élémentaires sous l’effet du champ électrique. La mise au point de techniques d’EP (Electroporation) haute-fréquence est privilégiée car celles-ci ouvrent une voie aux thérapies géniques pour modifier l’expression d’un gène. Des techniques de reconstruction d’images élaborées dans notre coopération avec nos collègues américains de Virginia Tech. sont utilisées pour rendre très réalistes les modèles numériques de tissus avec lesquels les calculs de champ, déformation, densité de pores ont été estimés. Des expériences d’ingénierie tissulaire, notamment par impression 3D à partir de suspensions de sphéroïdes dans des gels (collagène, alginate, matrigel), reproduisant l’environnement extracellulaire, dans des structures de support sont également développées pour mettre au point des structures phantoms permettant de valider nos simulations numériques.
3. Capteurs environnementaux
Une partie des activités de l’équipe concerne l’élaboration et la caractérisation des matériaux avec comme objectifs la modélisation électromagnétique des phénomènes physico-chimiques élémentaires des très basses fréquences jusqu’aux hyperfréquences, conduisant au développement de capteurs. Cette thématique de recherche est rendue possible du fait des compétences des EC dans les domaines de la science des matériaux (élaboration par PVD, caractérisation par XPS, XRD, microscopies ...) et de leur caractérisation large bande. Un effort important porte sur la caractérisation des effets électrique associés à la dégradation des matériaux, permettant par la suite le développement de capteurs basés sur la propagation d’ondes radiofréquences. Cette thématique de recherche est fortement liée à l’existence de collaborations locales : Institut de la corrosion (Brest), IFFSTAR (Nantes), LEMAR (UMR 6539, Brest) ainsi qu’à une forte interaction avec l’équipe DH du LabSTICC. Ceci s’est traduit par des projets collaboratifs CIFRE (Institut de la corrosion (Brest)), contrat de collaboration avec l’IFSTTAR (Nantes), le projet régional SAMM (Système Autonome en Milieu Maritime), le projet H2020 SENSMAT (2019-2022), le projet ANR CORSAIR (2020-2023).
