Un an de montage, dix partenaires réunis, qu'ils soient académiques ou industriels, un programme scientifique ambitieux, une collaboration russo-européenne : le projet SAWHOT a été lancé le 1^er octobre 2009 avec 1,55 million d'euros de financement côté européen. L'IPV en assure la coordination sur le plan de la gestion et de l'organisation, en lien avec le département Temps-Fréquence de FEMTO-ST qui, lui, manage toute la coordination scientifique et technique.

Pourquoi SAWHOT ? Pour Surface Acoustic Waves wireless sensors for High Operating Temperature environment. Ou encore capteurs acoustiques à ondes de surface pour applications en environnements difficiles. Ou bien encore comment concevoir des capteurs de température sans fil, interrogeables à distance, capables de fonctionner à des températures allant de – 200°C à + 650°C.

Capteur de température SAW, sans fil, réalisé sur quartz.

Le capteur à la verticale sur l'image est celui de référence ; l'autre effectue la mesure

Lever une armée de partenaires

Motivés par l'appel à projets du PCR européen, et forts de premiers contacts avec des sociétés russes, FEMTO-ST et l'IPV réunis ont, en premier lieu, fédéré autour d'eux un consortium d'intervenants compétents, équilibré tant du point de vue des centres de recherche, des industriels capables de développer les produits, et des industriels potentiels utilisateurs finaux (end users), que du point de vue des nationalités. OSÉO a également apporté son aide pour la recherche de partenaires. Trois end users se sont révélés intéressés : ROLLS ROYCE qui cherche à connaître, en phase de conception de ses moteurs d'avion, les températures atteintes en fonctionnement ; NANOTHINX, une entreprise grecque spécialisée dans la fabrication de nanotubes de carbone, qui souhaite contrôler finement la température de ses miniréacteurs ; enfin AVANGARD, un groupe russe qui voudrait équiper les pipelines et gazoducs de capteurs de température, même lorsqu'ils traversent le permafrost, atteignant des températures de – 60°C.

Autour de ces applications finales, viennent se greffer des PME et grands comptes chargés de concevoir les produits : SENSeOR, une PME proche de FEMTO-ST, qui développe son activité autour des capteurs à ondes de surface, FOMOS, spécialisée dans la fabrication de matériaux cristallins, installée à Moscou, le CTR — Carinthian Tech Research AG —, un centre de recherche privé autrichien, et le GVR TRADE SA, une entreprise suisse de design, spécialisée en ondes de surface. Ces organismes vont travailler sur spécifications établies en concertation collégiale.

L'avantage décisif : la langasite

Outre FEMTO-ST, d'autres laboratoires de recherche, reconnus comme spécialistes mondiaux des capteurs à ondes de surface, l'université Albert Ludwigs de Freiburg, la Technische Universität Clausthal en Allemagne, et le Danish Technologisk Institut à Lyngby au Danemark pour la partie européenne, et IMTRAS et MISA pour la partie russe. FOMOS, notamment, amène des compétences particulières dans la connaissance de la langasite, un cristal (silicate de gallium et landanium) synthétisé chez eux dans les années 1980 et potentiel concurrent du quartz et du niobate de lithium, base piézoélectrique usuelle des capteurs SAW. Les avantages avérés de la langasite se trouvent dans son mode de fabrication qui permet facilement de réaliser des plaquettes de grand diamètre (4"), et surtout dans sa résistance thermique remarquable. Cependant, d'autres matériaux vont également être étudiés sans qu'il soit envisagé dans l'immédiat de construire des dispositifs avec.

La première étape de la construction de ce dossier, étape sine qua non, a été de mettre les futurs partenaires sur des accords de confidentialité, préalable indispensable pour créer un espace de discussions dans lequel chacun se sente libre de parler de ses compétences et de ses potentiels apports au projet. Ces accords ont été rédigés grâce à la cellule juridique de l'IPV.

Un ordre de marche à la minute près

Le rôle de l'institut s'est également exprimé dans la mise en place, avec le coordinateur scientifique, d'un plan de travail réaliste, véritable orchestration dans le temps de la participation des uns et des autres. Qui contribue à l'élaboration des spécifications ? Qui réalise les études, participe aux stratégies de conception du capteur ? Qui prend en charge la partie administrative ? En plus d'être un gage de succès pour une entreprise comptant de nombreux partenaires, cette étape est aussi demandée par Bruxelles, et va même jusqu'à servir de fil rouge au dossier déposé. Ainsi, douze Work Packages se répartissent dans quatre activités spécifiques. L'une regroupe toutes les études réellement au cœur de la recherche de ce programme. Une deuxième est chargée d'assurer la compatibilité des composants du système lors de l'assemblage. Une troisième prévoit la promotion et l'exploitation des capteurs conçus. La quatrième activité, enfin, est dédiée au management du projet et l'IPV l'assume entièrement.

Après que le consortiumait décrit les spécifications pour chaque utilisation et les performances attendues, les analyses porteront notamment sur la recherche des meilleures coupes cristallines capables de répondre à ces spécifications. Outre les capacités des capteurs à fonctionner à des températures élevées, l'enjeu majeur de ce projet consiste aussi à améliorer leur durée de vie. À 1 000°C, les meilleurs capteurs SAW actuellement existants fonctionnent… cinq minutes. Entre 600 et 900°C, on peut espérer quelques heures de marche — continues ou non. Les baisses de performances à haute température viennent d'une plus grande mobilité des ions dans la structure cristalline. Pour proposer des solutions alternatives, les chercheurs de FEMTO-ST vont s'appuyer sur des modélisations qu'ils développent depuis de nombreuses années et qui peuvent déterminer le comportement des ondes de surface en fonction de l'état du cristal.

De haut en bas : courbe du capteur de référence ; courbe du capteur de mesure ; courbe du différentiel des deux premières.

Ces capteurs atteignent une précision de ± 0,1°C dans des gammes de température allant de – 20°C à 160°C.

L'objectif de SAWHOT est d'étendre cette gamme en utilisant la langasite plutôt que le quartz

Si chaque responsable de Work Package a délégation de pouvoir, un bilan hebdomadaire est prévu avec les coordinateurs ; de même, une réunion tous les six mois est programmée entre les différents partenaires européens et russes. Ces méthodes de travail garantissent un bon partage de l'information pour éventuellement redéfinir en continu le planning des tâches ou les tâches elles-mêmes.

Une victoire qui en amène d'autres

Du côté bisontin, ce projet amène des capacités supplémentaires à l'équipe de recherche. Une thèse a démarré sur le sujet. SENSeOR en héberge une autre, CIFRE celle-là, pour adapter les interrogateurs du capteur qui, bien qu'à l'extérieur, peuvent toutefois être soumis, eux aussi, à des températures inhabituelles.

Au-delà, ce projet permet d'atteindre une reconnaissance et d'intégrer les réseaux assez fermés des chefs de projet du PCR. Un début prometteur, tant pour l'IPV qui gagne ses galons comme soutien en ingénierie de projet, que pour le département Temps- Fréquence de FEMTO-ST.