Programme de coopération transfrontalière

avec le soutien du Fonds Européen de Développement Régional

BIOHARV

Informations clés

Opérateur chef de file

Institut Mines Telecom Lille Douai (IMT Lille Douai)
Rue Charles Bourseul 941
59508 Douai
FRANCE

Personne de contact :

Cédric Samuel

Date de début

01-10-2016

Date de fin

31-03-2021

Eléments budgétaires

Budget Total
2 005 024,91 €

Site Web

http://www.gotos3.eu/fr/projecten/bioharv/home





BIOHARV

Textiles biosourcés piézoélectriques pour la production d’énergie électrique

axe1

Catégorie

Portefeuille de projets

Objectif spécifique du programme

Accroissement de la recherche et de l'innovation de la zone transfrontalière dans les secteurs stratégiques et les secteurs à forte complémentarité

Domaine d'intervention

Infrastructures et processus de recherche et d’innovation, transfert de technologies et coopération dans des entreprises mettant l’accent sur l’économie à faible intensité de carbone et la résilience au changement climatique


Les récupérateurs d’énergie mécaniques (REM) sont des dispositifs de production d’énergie électrique renouvelable adaptée aux batteries de faible ampérage de nombreux appareils électroniques (smartphones par exemple). Ces technologies innovantes reposent sur l’utilisation de matériaux piézoélectriques, et les polymères biosourcés piézoélectriques ont de nets avantages en termes d’empreinte carbone, de coût et de mise en forme. En effet, les techniques de la plasturgie et du textile permettent de développer des dispositifs REM 100% en polymère via des textiles piézoélectriques multi-composants, et le déploiement de ces technologies en zone transfrontalière ouvre des perspectives intéressantes de développement aux PME du textile et de la plasturgie. Le projet BIOHARV vise donc à développer un savoir-faire et une expertise locale sur la fabrication/caractérisation de prototypes REM 100% polymère, puis à soutenir leur déploiement dans les PME régionales. Il a pour but de développer des prototypes REM puis à améliorer leurs performances énergétiques. Les opérateurs envisagent ensuite de démontrer la faisabilité des produits finis REM pour divers secteurs (textile, bâtiment) en synergie avec des PME identifiées puis de constituer un pôle d’excellence sur les applications des polymères électro-actifs dans la zone transfrontalière.     

Date de rapport 19-02-2021

Le projet BIOHARV s’inscrit dans une démarche de spécialisation des industries transfrontalières du textile/plasturgie vers des applications émergentes à haute valeur ajoutée (objets connectés intelligents) et propose d’établir dans la zone transfrontalière un savoir-faire technique sur les micro-générateurs d’énergie à base de polymères biosourcés piézoélectriques. Les activités R&D du projet BIOHARV visent à maitriser/optimiser (i) les procédés de fabrication de fibres/films à base d’acide polylactique biosourcé piézoélectrique (PiezoPLA) et (ii) les procédés d’assemblage des prototypes de micro-générateur électrique. Pour atteindre ces objectifs, le projet BIOHARV repose sur une collaboration étroite entre divers spécialistes régionaux de la plasturgie/textile et plusieurs réalisations techniques importantes ont été obtenues depuis le démarrage du projet. D’une part, divers procédés de transformation du PLA commercial en PiezoPLA ont été éprouvés à l’échelle laboratoire / pilote (IMT LD, Centexbel & UMons) et divers objets à base de PiezoPLA ont été produits avec succès (films minces, bandes / filaments textiles et structures tissées). D’autre part, les propriétés piézoélectriques des films minces PiezoPLA ont été démontrées / quantifiées (ULille & UPHF) et diverses techniques d’assemblage PiezoPLA/électrodes métalliques (Armines) ont ensuite été étudiées. Ces activités ont permis le développement d’une première génération de prototypes de micro-générateurs d’énergie par effet piézoélectrique et divers bancs d’essais ont été élaborés pour mesurer les performances électromécaniques sous divers environnements mécaniques. Des perspectives très intéressantes sont observées pour des films minces monoétirés de PiezoPLA et une activité piezoelectrique significative a également été démontrée pour des structures textiles (bandes textiles PiezoPLA et structures tissées à base de filaments PiezoPLA). Les activités R&D actuelles sont principalement focalisées sur (i) l’optimisation des propriétés piézoélectriques du PiezoPLA à l’échelle laboratoire/pilote, (ii) l’optimisation de la durabilité des prototypes et (iii) le développement de dispositifs conceptuels en lien avec des marchés applicatifs (micro/macro-générateurs d’énergie et capteurs/transducteurs). Concernant l’optimisation des propriétés piézoélectriques du PiezoPLA, de nouvelles formulations avancées PiezoPLA ont été développés avec succès par les opérateurs. Des prototypes de génération 2 sont donc actuellement disponibles et les performances électromécaniques (tension / puissance électrique délivrées) de ces prototypes ont été augmentées d’un facteur 2 – 3 par rapport aux prototypes de génération 1. Les formulations PiezoPLA / plastifiants sont assez prometteuses pour de futurs développements mais les conditions de mise en œuvre d’extrusion-étirage ont également un impact très positif sur les performances électromécaniques. Une attention particulière est également portée sur les caractérisations structurales à diverses échelles (structuration cristalline et mesophasique, échelles macroscopiques et nanométriques) afin d’accroître l’expertise scientifique transfrontalière sur les relations procédés/structures/propriétés et l’optimisation du PiezoPLA. Le remplacement des électrodes métalliques par des électrodes souples est également considéré via le développement d’électrodes souples 1D/2D adhérentes au PiezoPLA. Une attention particulière est portée sur les procédés d’impression / surmoulage et de tissage multimatières. Pour les électrodes 2D souples, des formulations imprimables ont eté développées en collaboration avec l’entreprise Nanocyl et des essais de prototypage d’electrodes ABS/nanotubes de carbone sont été entrepris sur des films PiezoPLA. Diverses problématiques ont été mises en évidence et de nouvelles formulations à base de PEO sont en cours de qualification, notamment via un procédé de surmoulage par thermocompression. Cependant, le développement d’electrodes 1D souples pour les tissus PiezoPLA semble toujours complexe. Quelques pistes d’amélioration sont en cours d’investigation par Centexbel pour identifier de nouvelles approches dédiées aux prototypes textiles à base de tissus PiezoPLA. Afin de valoriser les diverses technologies (films/bandes/tissus PiezoPLA, prototypes, électrodes souples) et tendre vers des marchés applicatifs, les opérateurs ont identifié une dizaine d’applications concrètes avec leurs specifications géométriques/techniques associées. Un fort potentiel est détecté pour les films PiezoPLA et tissus PiezoPLA sur des applications de type « micro-générateurs d’énergie pour objets connectés et dispositifs lumineux » et « capteurs/transducteurs ». Dans ce cadre, une conversion des prototypes de génération 2 en dispositifs conceptuels est en cours sur la base de (i) structures multicouches incorporants des films PiezoPLA optimisés et (ii) des structures tissées / impregnées à base de filaments PiezoPLA optimisés. Un effort intense est également déployé pour valider des tests électromécaniques normés / standardisés permettant de qualifier ces dispositifs (conditions reproductibles et proches des conditions réelles d’utilisation). Des challenges scientifiques subsistent mais ces premières réalisations collaboratives ont généré de nombreuses activités de communication/valorisation autour de la thématique des polymères piézoélectriques (posters, présentations, articles scientifiques, articles de vulgarisation et organisation d’un atelier en collaboration avec des designers). Les expertises et les actualités du projet BIOHARV développées durant les semestres 1-7 sont consultables sur le site internet (www.gotos3.eu/bioharv). Dans le contexte actuel, les opérateurs privilégient actuellement les communications écrites dans des revues techniques et scientifiques ainsi que l’organisation d’un webinaire sur la thématique des applications émergentes relatives aux polymères ferro/piezoelectriques. Ces activités finales visent à identifier de futures opportunités de collaboration entre les opérateurs sur la thématique BIOHARV et un programme de travail ambitieux est cours de formalisation technique / juridique pour la période 2021 – 2026.