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Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense (ASTRID) 2015
Projet MACOY3D

MAtériaux COmposites diélectriques pour applications en hYperfréquences et fabriqués par méthode additive 3D

Le projet MACOY3D a pour but de mettre au point des nouveaux matériaux composites à matrice organique, mis en forme par fabrication additive 3D, pour réaliser des composants hyperfréquences structurés sub-longueur d’onde, tels que des lentilles diélectriques, des radômes ou des substrats.

Ce projet s’inscrit dans les thématiques "ondes acoustiques et radioélectriques" et "nanotechnologies". Il s'intéresse à la maîtrise des rayonnements, aux nouveaux matériaux pour optimiser le rayonnement des antennes et à l'impression 3D pour la réalisation de composants.

La structuration sub-longueur d’onde en surface d’un matériau diélectrique permet de contrôler localement sa permittivité en hyperfréquence et de réaliser ainsi des composants beaucoup plus minces que dans un matériau massif homogène, avec des performances équivalentes voire supérieures. Des travaux antérieurs réalisés dans le cadre d'un contrat Européen FP7 (SARABAND) ont permis de fabriquer une lentille diélectrique structurée sub-longueur d’onde pour faisceau hertzien à 40 GHz. Elle présentait une épaisseur réduite d’un facteur 4 et une masse réduite d’un facteur 3 par rapport à une lentille diélectrique classique.
Cette lentille structurée a été réalisée par fabrication additive 3D, en raison de sa souplesse d’utilisation et de sa possibilité d’adapter facilement le design du matériau final. Cependant, l'étude a également montré certaines limites pour cette technologie. Les matrices polymères disponibles pour l'impression 3D ne sont pas très nombreuses et sont uniquement commercialisées par les fabricants de machines. De plus, les caractéristiques électromagnétiques de ces matériaux sont très mal connues. Enfin, la plupart des matériaux organiques présentent des pertes diélectriques hyperfréquences relativement élevées (tg delta de l’ordre de 1%) et des valeurs de permittivités limitées à 2 ou 3, ce qui limite l'effet de la structuration sub-lambda.

Dans ce contexte, nous proposons ainsi d’étudier et de mettre au point de nouveaux matériaux composites diélectriques à matrice polymère contenant des poudres inorganiques (TiO2, Ba1-xSrxTiO3, …), afin d'obtenir des valeurs élevées de permittivité et de faibles pertes dans le domaine des hyperfréquences. Les matériaux composites seront fabriqués par impression 3D (dépôt par fil fondu – FDM) afin de pouvoir y ajouter une structuration sub-lambda et améliorer ainsi les performances électromagnétiques en termes d'adaptation et de furtivité.

Si la structuration de surface sub-lambda est à l'échelle millimétrique, le projet MACOY3D fait également appel aux échelles nanométriques pour les charges inorganiques incorporées au sein du polymère. En effet, nous utiliserons des nanoparticules pour former des granules de plus grande taille, éventuellement déformables, qui seront mélangées dans le polymère avant extrusion des filaments composites puis dépôt 3D. Ces particules seront isotropes (granules sphériques) ou anisotropes (déformation des granules ou plaquettes) pour obtenir dans ce cas, des facteurs de forme importants et évaluer l'effet de la distribution du champ électrique sur les propriétés diélectriques du composite final.

En termes d'applications, le projet MACOY3D concerne à la fois les domaines militaires et civils où des besoins d'antennes compactes, conformables, intégrées et multifonctions sont nécessaires. Cela correspond à des applications spécifiques où il est souhaitable de réduire l’épaisseur et la masse des antennes de télécommunication. Par exemple, pour des installations mobiles et plus particulièrement pour les communications par satellite, dans le domaine militaire pour des plateformes telles que les futurs drones où l’épaisseur et la conformation de l'antenne sont des critères importants ou des applications civiles liées à la distribution d’internet dans les avions. Cela peut également concerner des installations civiles fixes pour des faisceaux hertziens à très haut débit pour relayer la fibre optique.

Partenaires

CANOE Centre Technologique Aquitain des Matériaux Avancés et des Composites

ICMCB-CNRS Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux

TRT THALES RESEARCH & TECHNOLOGY - FRANCE

Aide de l'ANR 299 150 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2016 - 36 mois

 

Programme ANR : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense (ASTRID) 2015

Référence projet : ANR-15-ASTR-0007

Coordinateur du projet :
Monsieur Jean-Marc HEINTZ (Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.