Présentation journée thématique textiles intelligent à Stereolux Nantes

1. Présentation Stereolux
[Présentation rapide du contexte : projet d'étude industrielle...]
C’est dans ce contexte que nous nous sommes intéressé à ces nouveaux textiles, pour d’une part définir ce
qu’est un textile intelligent et en dresser un état de l’art, et d'autre part analyser (porter un regard prospectif
sur) un scénario d'usage futur des textiles.
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Au terme de nos recherches, il nous est apparu que les textiles intelligents regroupent l’ensemble des
textiles, qu’ils soient issus de fibres naturelles ou synthétiques, qui exercent une action sur leur
environnement, ou qui retiennent des informations lié à celui-ci. On a en particulier remarqué qu’ils pouvaient
se différencier en deux catégories: les passifs, ayant un effet sur leur environnement mais n'interagissant
pas avec, et les actifs, qui contrairement aux premiers, ont une action dépendant de l’état de leur
environnement.
Nous avons classé les différents textiles intelligents que nous avons rencontrés par usage, puis par principe
technologique, et donné des exemples de ces textiles ainsi que les entreprises les fabriquant ou de secteurs
les utilisant. Cet état de l’art n’est évidement pas exhaustif mais dresse un portrait des principales
applications des textiles intelligents.
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État de l'art :
Un premier usage très répandu est le suivi et la prévention de la santé de l'utilisateur, pour lequel des
capteurs sont intégrés aux textiles pour transférer des caractéristiques physiques de l'utilisateur à lui même
via un mobile, ou à un professionnel de la santé.
Un second usage très lié au premier est le traitement des maladies et l'optimisation du bien être et des
performances. Il s'agit ici d'agir sur l'utilisateur, contrairement au premier usage qui ne consiste qu'à prélever
des informations. Les technologies sont donc différentes : Sont utilisées des diodes électroluminescentes
(DEL) pour le traitement de maladies de peaux par exemple. Des solutions beaucoup plus sophistiquées
grâce aux nanotechnologies sont souvent utilisées : On a retenu principalement le filage de polymères qui
présentent les effets recherchés tel que la cicatrisation et l'intégration de microcapsules (substance à
principe actif dans des microscopiques réservoirs) qui permettent d’offrir des effets antibactériens,
amincissements, ou de protecteurs thermiques.
Une troisième fonction est de rendre les textiles évolutifs, essentiellement visible dans le domaine de la
mode. Pour changer la couleur des textiles en fonction de différents paramètres, sont utilisés des DEL, des
écrans souples ou encore l'utilisation de protéines qui réfracte la lumière de différentes façons, sans

2. l'utilisation de pigments. Pour faire se mouvoir les textiles, des tissus électroniques, des matériaux à
mémoire de forme ou encore des aimants sont utilisés. Les textiles évolutifs atteignent leur paroxysme avec
la technologie encore en recherche de l'impression 4D qui permettrait le camouflage.
Un dernier usage important se trouve dans l'industrie. Nous avons retrouvé des technologies déjà identifiées
pour les usages précédant comme l'utilisation de polymère associés au cuivre pour des textiles conducteurs
ou encore de la microencapsulation pour des effets auto-nettoyant par exemple. Nous avons aussi noté
l'utilisation d'effets quantiques pour accroître la résistance des fibres, pour des effets d'imperméabilisation ou
encore pour émettre de la lumière.
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Analyse d'un usage et de ses technologies :
Technologies photovoltaïques :
Ces technologies transforment l’énergie solaire en électricité en s’inspirant des panneaux solaires. Une
technique pour fabriquer des panneaux solaires flexibles en silicium polycristallin (ou monocristallin)
pourtant rigide est d’encapsuler ce type de cellules photovoltaïques entre des feuilles de matériau flexible ,
dont l’un au moins est transparent , tel que le polycarbonate par exemple.
L’avantage de cette technique est de bénéficier des rendements élevés des cellules au silicium cristallin (15
à 20 %) et de leur durabilité, tout en préservant certaines propriétés intéressantes des panneaux solaires
flexibles, comme leur transportabilité ou leur adaptabilité à des surfaces non planes.
Par contre leur mode de production restera plutôt onéreux puisqu’au coût de production des cellules
photovoltaïques en silicium cristallin s’ajoutera le coût de l’encapsulation et du montage.
Ce n’est pas le cas pour les panneaux solaires flexibles produits avec les procédés de dépôt de couches
minces qui intègrent ces étapes dans un même process. Ils sont obtenus par ajout de couches minces de
matériaux photovoltaïques tels que le silicium amorphe sur des feuilles métalliques ou plastiques. Le coût
d’obtention de ces panneaux solaires est inférieur aux autres technologies, jusqu’à 2€/W contre 2 à 4 €/W,
en plus d’être plus transportable, ce qui en fait une solution très intéressante. Cependant, le rendement est
deux à trois fois moins important que la technologie précédente (environ 8%). C’est une technologie très
intéressante qui va se développer pour augmenter son rendement dans un délais relativement court. C’est
donc un bon investissement sur le moyen terme.
Enfin, avec la technologie photovoltaique organique, des cellules solaires à pigments photosensibles qui
s’inspirent du phénomène de la photosynthèse sont directement imprimées sur le textile en couches minces.
Leur coût de fabrication est des plus économiques de par le procédé de fabrication mais également par le
coût des matériaux utilisés, car la matière première est elle même bon marché et les quantités utilisées sont
très faibles. De plus, elle ne présente pas l’inconvénient de moins bien fonctionner à une chaleur trop
importante, elle ne nécessite pas l’utilisation de produits toxiques et elle est moins fragile que les autres
technologies. Leur rendement est par contre encore très faible de l’ordre de 4 à 6% et leur durée de vie est
beaucoup moins élevée. Elle est considérée comme une technologie d’avenir pour laquelle l’enjeu actuel est
d’améliorer le rendement, qui est conditionné par la maîtrise et la compréhension des mécanismes de
vieillissement des cellules. C’est donc un investissement intelligent sur du long terme.
De tels textiles existent déjà et sont développés par des sociétés comme Heliatek ou le consortium français
Soltex. Heliatek est parvenu à développer des produits photovoltaiques organiques avec un rendement
atteignant 12%. Cependant les produits commercialisables n’atteignent que environ 5%. Cette entreprise a

3. réussi a réunir beaucoup d’investisseurs européens pour poursuivre leur développement.
La technologie photovoltaique est donc prometteuse, en particulier en ce qui concerne le développement de
cellules en couches minces et de cellules organiques. Elle présente une densité de puissance élevée (La
quantité maximale d’énergie récupérable est de 10 W/m2 dans un bureau éclairé, et peut atteindre 1 kW/m2
au soleil). Cependant, elle nécessite un amélioration du rendement qui est encore très faible (et qui
permettrait de diminuer le coût de production). Il faut de plus noter que cette source d’énergie est soumise à
de nombreux aléas (nuages, nuit) et nécessite une exposition permanente du dispositif qui restreint ses
applications.
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Technologie piézoélectrique :
Cette technologie consiste à convertir une tension en énergie électrique grâce aux matériaux
piézoelectriques.
Cette technologie peut aussi être utilisée pour convertir l’énergie cinétique en énergie électrique : en plaçant
des composants sur des très petits rails, afin de permettre le déplacement vertical, et en positionnant à
chaque extrémité de ces rails des systèmes piézoélectriques, l’énergie cinétique du composant est
transmise au composant piézoélectrique qui va la transformer en électricité.
Cette seconde solution n’est pas envisageables pour des vêtements mais peut être intégrée à des
téléphones ou à des chaussures par exemples. Cependant, l’enjeu de la miniaturisation et de l’allègement
semble contrarier une solution de récupération d’énergie cinétique, énergie qui est proportionnel à la masse
de l’objet.
Un second dispositif permet de récupérer l’énergie de la marche au niveau de la pliure du genou ou sous le
talon grâce à la déformation d’un polymère électrostrictif. Le rendement de la technologie piézoélectrique est
très bon (de l’ordre de 80%), ce qui permet une puissance potentiellement récupérable légèrement inférieur
à 10 W, ce qui est comparable à l’énergie solaire, bien que celle-ci ait un rendement beaucoup plus faible. Il
faut souligner cependant que de tels dispositifs peuvent peser près d’un kilo, ce qui représente un effort
supplémentaire lié au port de l’équipement.
Un troisième dispositif est encore à l’état de recherche : Remplacer les fibres du textile par des fibres
piézoélectriques, qui permettraient donc de récupérer l’énergie lors de la déformation des vêtements. Cette
technologie est dite prometteuse. Cependant, peu d’informations sont accessibles sur celle-ci, tel que le
rendement ou le coût. Il semble que cette solution soit plus utilisée pour du monitoring (relevé de
caractéristiques physiques) que pour générer de l’électricité.
La société Orange a utilisé la technologie piézoélectrique pour créer un t-shirt capable de recharger un
portable grâce à la pression des ondes sonores. Testé lors d’un festival, il avait en un week-end amassé
assez d’énergie pour recharger deux portables. Cependant, en conditions acoustiques normales, l’énergie
récupérée est beaucoup plus faible.
Technologie thermoélectrique :
Cette technologie, principalement destinée aux habits, est l’une des premières à laquelle on pense lorsque
l’on s’imagine un textile générateur d’énergie. Elle utilise la différence entre la température entre le corps et
l’extérieur et les fibres du tissu pour générer un signal électrique très faible, qui ne peut pour l’instant
alimenter que des appareils à très basse consommation. L’efficacité maximale d’une thermopile ne peut
excéder 3 %. Dès lors, la puissance récupérable est relativement faible, de l’ordre de 60 µW/cm2 avec un
gradient de 5°C. Cette technologie n’est donc pas très prometteuse, mais permet de générer suffisamment
d’énergie pour une montre par exemple.

4. Technologie à partir de nano-générateurs triboélectriques (de TSGN) :
Cette technologie n’est encore que peu exploitée. Elle repose sur le constat suivant : la friction de deux
matériaux triboélectrique produit un courant électrique. Pour récupérer cette énergie, la surface d’un fil
conducteur peut être revêtue d’une forêt de nanocylindres de ZnO positionnés perpendiculairement à la
surface des fils. Lorsque deux fils de ce type entrent en contact, lors d’un effort de friction par exemple, un
grand nombre de nanocylindres de ZnO se déforment par flexion. Afin de récupérer la différence de potentiel
générée par effet piezoélectrique, les nanocylindres d’un des deux fils doivent être recouverts d’une contre-
électrode. La tension produite par ce nanogénérateur est récupérable entre le fil conducteur et la contre-
électrode. Bien que prometteur, ce type de dispositifs nécessite l’utilisation d’un procédé de synthèse
hydrothermale difficilement industrialisable.
Pour stocker l’énergie :
Les technologies précédentes permettent de générer de l’énergie, mais il est parfois nécessaire de la
stocker, si elle n’est pas directement transférée à un système extérieur. Pour cela, le textile intègre des
supercondensateurs : des fibres stockent de l’énergie et sont rechargeables grâce à l’utilisation de la
technologie des batteries à couches minces super condensatrices (actuellement en recherche).
Les supercondensateurs présentent l’avantage de pouvoir se charger beaucoup plus rapidement qu’une
batterie ainsi que d’avoir une durée de vie beaucoup plus longue (Après 10 000 cycles de charge /
décharge, le supercondensateur conserve 93% de sa capacité, tandis qu’une batterie traditionnelle à une
durée de vie d’environ 1000 charges)
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Quel scénario pour le textile générateur d’énergie ?
Remarquons d’abord que, quelque soit la technologie, le textile générateur d’énergie ne permet de récupérer
que des faibles quantités d’énergie, et d’abord parce que l’énergie disponible à l’échelle d’une personne est
relativement faible. Si cette énergie “portable” se révèle être pratique pour recharger des appareils
électroniques tels que des mobiles, qui se déchargent souvent rapidement, elle ne permet qu’une utilisation
“gadget”. Et quand bien même ces textiles pourrait récupérer des quantités plus importantes d’énergie, ils
seraient incapable de les stocker, le stockage de l’énergie étant une grande problématique de ce siècle dont
les enjeux concernent notamment sa portabilité. Ainsi, si le public cible se restreignait aux utilisateurs de
téléphones portables, ce futur produit ne recevrait que peu d’intérêt de la part de celui-ci, le rendement étant
encore faible et le coût élevé pour une utilisation limitée. De plus, remplacer la batterie par un vêtement
générateur d’énergie reviendrait à rendre le mobile dépendant de ce vêtement. Si celui-ci est défectueux, le
second en subira les conséquences.
En revanche, de tels textiles générateurs d’énergie semblent avoir plus d’avenir lorsque cette technologie
sert à créer des dispositifs médicaux implantés, où l’utilité est plus justifiée et pour laquelle les investisseurs
sont plus généreux.
On remarquera aussi le développement de textiles générateurs d’énergie à des échelles plus importantes
qu’à celle d’un homme et qui mettent donc en jeu des quantités d’énergie plus importantes : Heliatek et
Paranet Germany ont déjà créé un dôme sur lequel ils ont fixé des textiles photovoltaïques. Leur but est de
créer une structure gonflable sans apport extérieur d’énergie. Cependant, la fabrication de ces tissus
nécessite des terres rares et des trempages dans des bains de produits chimiques dont la production n’est
pas toujours respectueuse de l’environnement. En effet, leur extraction est extrêmement polluante. Il faut
noter que de tels projets ne pourront se développer que s’il respectent l’environnement. Dans un contexte où

5. la conscience environnementale est de plus en plus présente et où les normes sont de plus en plus
exigeantes, une attention plus particulière sera porté sur les projets respectueux de l’environnement de la
part des investisseurs. Et bien souvent, la production de ces textiles nécessite l’utilisation de métaux rares
(oxyde de zinc / or / platine) ou un trempage dans un bain de produits chimiques ce qui peut avoir un effet
négatif sur l’environnement.
La technologie la plus prometteuse est la cellule photovoltaique pour les textiles générateurs
d’énergie, organique ou obtenu par couche minces. En effet, même si les rendements sont encore
très faibles, l’énergie solaire est la plus généreuse et l'efficacité de cette technologie va augmenter
au cours du temps grâce à la recherche, c’est celle qui a le plus de marge de progression, d’autant
plus que les cellules photovoltaïques organiques sont plus respectueuses de l’environnement que
les autres solutions exposées.