Textile intelligent
Les textiles intelligents, de l'anglais smart textiles, également trouvés sous l'appellation e-textiles pour electronic textiles, sont des textiles capables de capter et d'analyser un signal afin d'y répondre d'une manière adaptée[1]. Ils peuvent donc être décrits comme des textiles capable de réagir "par eux-mêmes" en s'adaptant à leur environnement. Ces textiles peuvent pour cela incorporer des composants informatiques, numériques ou électroniques, mais également des matériaux polymères innovants comme des polymères à mémoire de forme ou des matériaux chromiques aux propriétés de changement de couleur, ainsi que des fibres et matériaux innovants. Les applications des textiles intelligents se trouvent dans les domaines de l'habillement, de l'ameublement aussi bien que des textiles techniques. Les textiles intelligents destinés à l'habillement ou "vêtements intelligents" font partie du large domaine des "wearable technologies" (technologies mettables). Les vêtements intelligents sont dotés d'une fonction supplémentaire à celle de vêtir. Le domaine d’étude de la « fibretronique » (fibertronics) explore comment les fonctionnalités électroniques et informatiques peuvent être intégrés dans les fibres textiles.
Historique
Dans la majorité des cas, les textiles intelligents nécessitent un apport en énergie et une structure conductrice d'énergie pour fonctionner : c'est par exemple le cas de tous les textiles intelligents utilisant des composants électroniques. Les matériaux conducteurs adaptables aux structures textiles, comme des fils et des tissus conducteurs, sont déjà disponibles depuis plus de 1000 ans. Certains artisans enveloppaient par exemple des feuilles métalliques fines, le plus souvent en or et en argent, autour des fils de tissu il y a déjà des siècles[2]. Plusieurs robes d’Élisabeth Ire d'Angleterre par exemple, sont brodés avec des fils enveloppés d'or.
Ce n'est cependant qu'à la fin du XIXe siècle, avec le développement et l’accoutumance des gens à des appareils électriques, que les concepteurs et les ingénieurs ont commencé à combiner l'électricité avec des vêtements et des bijoux, en élaborant une série de colliers illuminés et motorisés, des chapeaux, des broches et des costumes[3],[4]. Par exemple, à la fin des années 1800, les employées de la société Electric Girl Lighting Company portaient des robes de soirée parsemées de lumière pour fournir un divertissement lors des cocktails[5].
En 1968, le musée de l'artisanat contemporain (Museum of Contemporary Craft) à New York a organisé une exposition novatrice appelée Body Covering (‘’Recouvrement du corps’’) qui portait sur la relation entre la technologie et l'habillement. Le spectacle a présenté les combinaisons spatiales des astronautes avec des vêtements qui pourraient gonfler et dégonfler, éclairer, chauffer et climatiser par eux-mêmes[6]. On remarque particulièrement dans cette collection l'œuvre de Diana Dew, une designer qui a créé une ligne de mode électronique, avec des robes et ceintures de soirée électroluminescentes qui pourraient sonner des sirènes d'alarme[7].
Au milieu des années 1990, une équipe de chercheurs du MIT dirigée par Steve Mann, Thad Starner et Sandy Pentland a commencé à développer ce qu'ils ont appelé wearable computer (en) (ordinateur mettable). Ces dispositifs sont composés de matériels informatiques traditionnels attachés au et portés par le corps. En réponse aux défis techniques et sociétaux lancés par ces chercheurs, un autre groupe au MIT, composé de Maggie Orth et Rehmi Post, a commencé à explorer la façon dont ces dispositifs pourraient être plus gracieusement intégrés dans les vêtements et autres substrats souples. Parmi d’autres développements, cette équipe a exploré l'intégration de l'électronique numérique avec des tissus conducteurs et a développé une méthode pour broder les circuits électroniques[8].
Les années 2000 ont vu les premiers succès des textiles intelligents[9]. L'essor spectaculaire des technologies transportables (téléphones, ordinateurs puis smartphones, tablettes) ouvre la voix à des objets de plus en plus portables et de plus en plus proches du corps (notamment les smart watches). Les vêtements intelligents deviennent un sujet d'intérêt de plus en plus connu du grand public[10].
Classification
La classification usuellement reconnue pour les textiles intelligents distingue :
- les systèmes à intelligence passive, capables de détecter un changement dans leur environnement
- les systèmes à intelligence active, capables de détecter et réagir à un stimulus
- les systèmes très intelligents, dotés de surcroit d'une capacité de mémorisation et "d'apprentissage"
Les textiles intelligents intégrant des composants électroniques peuvent être divisés en deux catégories principales :
- Textiles intelligents avec des dispositifs électroniques classiques tels que conducteurs, circuit intégrés, diodes électroluminescentes, et les batteries classiques intégrés dans les vêtements.
- Textiles intelligents avec de l’électronique intégrée directement dans les substrats textiles. Il peut s'agir soit de l'électronique passive telle que des conducteurs et des résistances ou des composants actifs comme des transistors, des diodes, et les cellules photovoltaïques.
Les textiles intelligents ne se trouvent pas uniquement sous la forme d'étoffe, en tissu ou en maille, mais peut également prendre la forme de fils ou fibres.
Applications
De la fibre au vêtement, le champ d'application des textiles intelligents est très large.
Fibretronique
Comme dans l'électronique classique, l’implémentation des fonctions électroniques dans des fibres textiles exige l'utilisation de matériaux conducteurs et semi-conducteurs, par exemple un tissu conducteur[11] Aujourd'hui, des tissus conducteurs formés d'un mélange de fibres textiles traditionnelles et de fibres métalliques (argent, cuivre...) peuvent être trouvés dans le commerce. Ces tissus sont aisément manipulables et peuvent être brodés ou cousus[12].
L'un des enjeux les plus importants de l'e-textile est que les fibres doivent être faites de telle sorte qu’elles soient lavables, à l’instar des vêtements qui doivent être lavés quand ils sont sales. Et il est nécessaire que les composants électriques soient isolants au moment du lavage.
Une nouvelle classe de matériaux électroniques qui sont mieux adaptés pour l'e-textile est la classe des matériaux électronique organiques[13], car ils peuvent être conducteurs, semi-conducteurs, et peuvent être conçus comme des encres et plastiques[14],[15].
Certaines des fonctions les plus avancées qui ont été démontrées en laboratoire comprennent :
- Transistors en fibres organiques[16]: les transistors sont intégrés dans les fibres[17], par exemple sous la forme de câble transistor électrochimique (WECT, ou Wire Electrochemical Transistor) où le textile monofilament peut être couvert d’une couche mince de polythiophène, un polymère conducteur[18], ce qui constitue les premiers transistors en fibres textiles, tout à fait compatibles avec la fabrication des textiles et qui ne contiennent pas de métaux.
- Cellules solaires organiques sur fibres : où des polymères conducteurs sont combinés avec des couches minces d’argent[19].
Vêtements intelligents
Exemples d'applications des textiles intelligents dans le domaine de l'habillement :
- Vêtements chauffants et rafraîchissants, utilisant des matériaux à mémoire de forme[20] ou des fils conducteurs et résistances chauffantes
- Vêtements communicants : l'intégration de systèmes de transmission de données (bluetooth, wifi...) à un vêtement permet de le transformer en un nouvel interface de communication. L'intégration d'un écran flexible élargit encore les possibilités en permettant au porteur d'afficher textes, messages ou vidéos sur son vêtement selon son humeur. Plusieurs prototypes ont déjà été développés, notamment le T-shirt OS by Cute Circuit intégrant un écran de LED[21].
- Vêtements à usage sportif, intégrant des capteurs (accéléromètre, capteur de rythme cardiaque, podomètre), voire un système de transmission de données permettant une comparaison de ses performances avec celles des autres utilisateurs du même système.
- Vêtements changeant de couleurs : les phénomènes de chromisme permettent des applications esthétiques.
Textiles techniques et ameublement
L'habillement n'est pas le seul domaine dans lequel le textile est utilisé. En conséquence, les textiles intelligents, eux aussi, sont utiles pour bien d'autres applications que l'habillement seul[20]:
- Applications médicales : équipements de mesure des paramètres physiologiques, intégrant des capteurs (du rythme cardiaque, de la fréquence de la respiration, de la sudation...), textiles fonctionnels (antibactériens...), textiles implantables (renfort pariétaux, prothèses...), texticaments (intégration de médicaments dans des textiles), textiles en fibres optiques tissées pour la thérapie photodynamique[22]
- Sécurité : les équipements des pompiers peuvent être enrichis d'un système intégrant des capteurs de température interne (température à la surface de la peau) et externe (température de l'environnement) et un avertisseur, afin de prévenir le porteur lorsque la température devient trop dangereuse
- Loisirs : des boutons tactiles ont été construits entièrement sous la forme de textiles en utilisant des conducteurs tissus textiles, qui sont ensuite connectés à des périphériques tels que les lecteurs de musique[23]
- Affichage : le textile offre un support mécanique très intéressant pour former des écrans flexibles, par exemple en utilisant des LEDs qui sont montées sur les réseaux de fibres conductrices tissées pour former des écrans[24]
- Communication : un système de transmission de données intégré au textile permet de rester toujours en contact, même à distance. Ce genre de système serait particulièrement utile pour le suivi de patients à domicile, par exemple : les informations physiologiques, transmises en continu à l'hôpital, permettraient à l'équipe soignante de suivre à distance un patient, tout en autorisant celui-ci à demeurer chez lui.
- Stockage de données
- Militaire : les textiles intelligents à usage militaire trouvent leur application non seulement pour les vêtements, mais aussi pour les tentes, voitures, sacs[25]
- Surveillance : Des capteurs électrochimiques et des biosenseurs imprimés pour la surveillance à la fois physiologique et environnementale ont été intégrés dans les textiles[26] y compris sur de l’élastique[27] ou en milieu marin[28].
- Ameublement : la décoration est également un domaine d'application des textiles intelligents. L'Electric Plaid[29] développé par Maggie Orth au sein d'une start-up du MIT est ainsi capable de changer de couleur, grâce à son utilisation de matériaux thermochromisme changeant de couleur par l'échauffement des fils métalliques du tissu.
Kits de construction E-textiles
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Laboratoires de recherche
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- GEMTEX, Génie et Matériaux Textiles, Roubaix, France
- High-Low Tech Group, MIT Media Lab
- Wakita Lab, Keio University
- Studio subTela, Concordia University
- Textile Futures Program, Central St. Martins College of Art and Design
- Whispers Research Group, Simon Frasier University
- 3lectromode Studio, Concordia University
- Virginia Tech E-Textiles Lab
- Institut für Textiltechnik, RWTH Aachen
- Laboratory for Engineered Human Protection at Philadelphia University
- Wearable Computing Lab, ETH Zurich
- XS Labs, Concordia University
Notes et références
- O. L. Shanmugasundaram, Smart and intelligent textiles, in The Indiant Textile Journal, February 2008, http://www.indiantextilejournal.com/articles/FAdetails.asp?id=85
- Harris, J., ed. Textiles, 5,000 years: an international history and illustrated survey. H.N. Abrams, New York, NY, USA, 1993.
- Marvin, C. When Old Technologies Were New: Thinking About Electric Communication in the Late Nineteenth Century. Oxford University Press, USA, 1990.
- Gere, C. et Rudoe, J. Jewellery in the Age of Queen Victoria: A Mirror to the World. British Museum Press, 2010
- – Electric Girls – consulté le 23 octobre 2013
- Smith, P. Body Covering. Museum of Contemporary Crafts, the American Craft Council, New York, NY, 1968
- - The Original Creators: Diana Dew – consulté le 23 octobre 2013
- Post, R., Orth, M., Russo, P., et Gershenfeld, N. E-broidery: design and fabrication of textile-based computing. IBM Systems Journal 39, 3-4 (2000), 840–860.
- Smart fabrics and interactive textile enabling wearable personal applications: R&D state of the art and future challenges, 30th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2008, Vancouver, British Columbia, Canada
- C'est pas sorcier : Les vêtements du futur, 12 juillet 2011, consulté le 11 février 2014. http://c-est-pas-sorcier.france3.fr/?page=emission&id_article=788
- Direct Industry – Tissu conducteur – consulté le 25 octobre 2013
- Electromagnetic Field Shielding & Conductive Fabrics – consulté le 25 octobre 2013
- CNRS – Électronique organique – consulté le 25 octobre 2013
- ISORG – Électronique imprimée organique – consulté le 25 octobre 2013
- Agence d’études et de promotion de l’Isère – Électronique imprimée – Électronique organique – Vers une nouvelle filière électronique ? – consulté le 25 octobre 2013
- University of California, Berkeley - Josephine B. Lee et Vivek Subramanian - Organic Transistors on Fiber: A first step towards electronic textiles – consulté le 25 octobre 2013
- Electronic Textiles: Fiber-Embedded Electrolyte-Gated Field-Effect Transistors for e-Textiles - Mahiar Hamedi, Lars Herlogsson, Xavier Crispin, Rebeca Marcilla, Magnus Berggren, Olle Inganäs – publié le 22 janvier 2009 – consulté le 29 octobre 2013
- Nature Materials - Towards woven logic from organic electronic fibres - Mahiar Hamedi1, Robert Forchheimer & Olle Inganäs – publié le 4 avril 2007 – consulté le 29 octobre 2013
- Science Vol. 324 no. 5924 p. 232-235 - Solar Power Wires Based on Organic Photovoltaic Materials - Michael R. Lee, Robert D. Eckert, Karen Forberich, Gilles Dennler, Christoph J. Brabec, Russell A. Gaudiana – publié le 10 avril 2009 – consulté le 29 octobre 2013
- [Intelligent textiles, Robert R. Mather, Review of Progress in Coloration and Related Topics, 2001, 31 (1), pages 36-41, http://doi.wiley.com/10.1111/j.1478-4408.2001.tb00136.x]
- [T-shirt OS http://cutecircuit.com/collections/t-shirt-os/]
- Caroline David et Camille Beulque, Futurotextiles : surprising textiles, design & art, Stichting Kunstboek, , 179 p. (ISBN 978-90-5856-422-1), p. 85
- rosner|touch|mp3blue – consulté le 23 octobre 2013
- Philips – Luminous textiles – Bring spaces alive –consulté le 25 octobre 2013
- [Electronic textiles Wearable computers, reactive fashion and soft computation, Joanna Berzowska, Textile, 2005, Volume 3 (1), pages 2-19]
- Wearable Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review – Joshua Ray Windmiller, Joseph Wang – publié le 7 septembre 2012 - consulté le 25 octobre 2013
- Royal Society of Chemistry - Thick-film textile-based amperometric sensors and biosensors – Yang-Li Yang, Min-Chieh Chuang, Shyh-Liang Lou and Joseph Wang – publié le 22 mars 2010 – consulté le 25 octobre 2013
- Royal Society of Chemistry - Wearable electrochemical sensors for in situ analysis in marine environments – Kerstin Malzahn, Joshua Ray Windmiller, Gabriela Valdès-Ramírez, Michael J. Schöning et Joseph Wang – publié le 2 juin 2011 – consulté le 25 octobre 2013
- [Fabrics and fibers: Chameleon Fabrics, P. Nolan, Fabric Architecture, 2004, 16 (1), pages 67-69]
Bibliographie
- Elisabeth Frésard, La révolution textile, au-delà de l'imagination, Éditions LEP, 2005
