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Recherche au service de l’industrie et des laboratoires

Le saviez vous ?

En faisant appel au LNE pour la réalisation de travaux de R&D vous pouvez bénéficier d'un crédit d'impôt recherche (CIR) particulièrement intéressant.

> Le CIR au LNE

Transférer les outils conçus au LNE vers les industriels : un objectif primordial pour les équipes R&D. En prenant part à des projets européens ambitieux et en resserrant les liens avec les pôles de compétitivité, le LNE s’ancre profondément dans le tissu industriel. Un aboutissement naturel et une absolue nécessité pour donner aux entreprises les moyens de leur compétitivité et de leur croissance, quel que soit leur secteur d’activité.

 

Des références à l'échelle nanométrique

Image par microscopie à force atomique d'une bicouche de graphène exfolié

Image par microscopie à force atomique (AFM),
réalisée par le LNE, en mode contact,
d'une bicouche de graphène exfolié
à partir de graphite naturel et déposée
sur du silicium oxydé.

Issues des progrès de la connaissance de la matière à l’échelle du milliardième de mètre (10-9 m) et de la possibilité de les manipuler, les nanotechnologies suscitent depuis quelques années un grand enthousiasme car elles pourraient être une source potentielle de ruptures technologiques. L’ensemble des acteurs impliqués dans ce domaine émergent s’accordent cependant sur le fait que le développement d’une métrologie et d’une instrumentation adaptées au domaine nanométrique (1-100 nm) aurait un effet « catalyseur » sur le développement global des nanotechnologies.

La nanométrologie suscite de ce fait un intérêt croissant, notamment dans le monde industriel (électronique, cosmétique, matériaux, …) qui attend des outils précis et fiables pour un meilleur contrôle des processus de fabrication et une amélioration des systèmes qualité. Le développement d’une métrologie à l'échelle du nanomètre est également cruciale pour permettre une meilleure appréciation des effets des nanoparticules sur la santé du travailleur et celle des populations. Cela passe par le raccordement des différents types d’instrumentation utilisés aux unités du SI, via la mise en place de chaînes métrologiques adaptées.

Afin de répondre à ces besoins, le LNE met en œuvre depuis plusieurs années, dans le cadre de sa mission de service public, des actions de R&D portant d'une part sur le développement, la mise au point et la validation d’instrumentations spécifiques pour la caractérisation des nanomatériaux et d'autre part sur l'évaluation de l'impact environnemental lié à la fin de vie des nanomatériaux. La métrologie à l'échelle nanométrique faisant appel à de multiples grandeurs et à des domaines de compétences variés, le LNE a choisi de privilégier trois axes de développement :

  • les mesures physico-chimiques de nanoparticules en phase aérosol, via notamment les projets :
    • - VAMAS
    • - NanoDefine
    • - NANoREG
  • les mesures dimensionnelles d'objets structurés :
    • - Plate-forme CARMEN,
    • - AFM métrologique,
    • - NANOMET
  • les mesures de propriétés locales des matériaux à l’échelle de nanomètre :
    • - QuantiHeat

Ces travaux s’intéressent à différentes étapes du cycle de vie des nanomatériaux et apportent des éléments de réponse aux problématiques rencontrées lors de la production des nanoparticules primaires (projet NANOSES, Plate-forme CARMEN, …) ou lors de la fin de vie par combustion ou incinération de matériaux nanostructurés (projets NANOFEU, INNANODEP, DACOFEU, …).

[Consulter le détail des projets "Mesure à l'échelle nanométrique"]

Etiquettes intelligentes : qualification dans le cadre de la technologie RFID (Radio Frequency Identification)

Quaero : vers des technologies de reconnaissance vocale performantes

Le méthode d'évaluation
des performances des tages RFID
mise au point par le LNE donne au
Centre National RFID un cahier des charges
sur lequel celui-ci pourra s'appuyer
pour créer une certification.

Pour améliorer la traçabilité de nombreux processus (chaînes logistiques par exemple). Le LNE travaille sur la caractérisation des systèmes d’identification en vue de leur certification.

Fondées sur l’utilisation d’une étiquette intelligente, ou tag, qui répond aux sollicitations d’un émetteur, les technologies RFID (Radio Frequency Identification) progressent chaque jour dans notre quotidien, dans des domaines variés, allant de l’industrie au transport. Face au foisonnement des solutions proposées aujourd’hui sur le marché, qui rend complexe leur traçabilité, le LNE s’attache au développement de méthodes de mesure qui permettraient à terme de normaliser le secteur.

Entre 2007 et 2009, les systèmes RFID UHF (Ultra Haute Fréquence, à partir de 860 MHz) ont mobilisé ses chercheurs et ceux du Laboratoire de Conception et d’Intégration des Systèmes de l’Institut Polytechnique de Grenoble. Le LNE a ainsi élaboré une méthode pour évaluer leur performance et déterminer si, dans des conditions d’usage normales, le tag RFID répond correctement. Grâce aux conclusions de ces recherches, le CNRFID (Centre National RFID), qui a pour vocation l’adoption de la RFID, le développement de son usage et la fédération des initiatives nationales, pourrait d’ici peu concevoir une méthode de certification des systèmes RFID. Restent d’autres challenges auxquels s’attaquer dès 2010, notamment les nouveaux tags RFID en champ proche. Ces tags haute fréquence utilisés à courte distance permettent la transmission d’une très grande quantité d’informations, bien supérieure, par exemple, à celle contenue dans les Pass Navigo à l’heure actuelle.

Technologies vocales : développement de moyens de mesure pour la transcription, la reconnaissance du locuteur, l'entitée nommée et les questions / réponses

Quaero : vers des technologies de reconnaissance vocale performantes

Quaero : vers des technologies de
reconnaissance vocale performantes

À une époque où tout est numérisé et où les informations sont transmises par plusieurs médias et démultipliées, il devient impossible pour un être humain d’absorber tous ces flux sans les indexer au préalable. Face à cette problématique, les technologies développées dans le programme Quaero, initié en mai 2008, s’attachent au traitement automatique de l’information.

Intégré à ce programme depuis son lancement comme évaluateur tierce partie, le LNE a, en 2009, élaboré de nouveaux moyens de mesure des technologies vocales. Cela lui a permis de mettre au point des références dans quatre domaines : la transcription (de la parole à l’écrit), la reconnaissance du locuteur, l’entité nommée (reconnaître dans une émission de radio, par exemple, chaque occurrence d’un mot) et les questions/réponses (pouvoir poser une question entière dans un moteur de recherche et obtenir des résultats très précis). Un appui précieux pour les partenaires de Quaero, qui pourront ainsi affiner leurs systèmes avant une nouvelle évaluation en 2010. Entre 2010 et 2012, le LNE étendra ses activités sur l’évaluation des technologies vocales dans le cadre du programme ANR ETAPE (Évaluations en Traitement Automatique de la Parole), avec un axe particulier sur le langage naturel, que l’on peut entendre au cours d’un débat par exemple.

[Programme QUAERO]

Isolants industriels : anticiper un marquage CE obligatoire

Depuis septembre 2009, le LNE met sa R&D au service des isolants industriels. Très différents des isolants classiques utilisés dans les habitations, ceux-ci s’appliquent à de gros équipements (conduites d’eau chaude, ventilation, équipements frigorifiques, fours…), et les températures auxquelles ils sont soumis s’échelonnent donc de -160 °C à 700 °C.

C’est cette plage thermique que les mesures de conductivité du LNE devront couvrir pour répondre aux besoins industriels, à l’aide d’un banc qu’il est en train de développer. L’appareil à « plaque chaude gardée » que le Laboratoire utilise traditionnellement pour ces mesures ne couvre en effet qu’une échelle de 0 à 60 °C. Il faut donc le modifier, en y intégrant par exemple des sondes à résistance de platine ainsi que des plaques en tungstène, qui ne risquent pas la déformation contrairement à l’aluminium.

Le nouveau banc de mesure permettra aux industriels d’évaluer la conformité de leurs produits à la directive européenne sur les produits de construction et d’apposer le marquage CE, obligatoire dès août 2012. Parallèlement, en collaboration avec le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), le LNE souhaite s’appuyer sur cet outil pour proposer une certification volontaire ACERMI (Association pour la CERtification des Matériaux Isolants). Par ailleurs, un partenariat de recherche européen amène également le LNE à développer des matériaux isolants cruciaux pour étalonner les équipements de mesure de conductivité des industriels. Ces matériaux de référence certifiés (MRC) seront mis au point pour les basses et moyennes températures

Biologie moléculaire : vers un contrôle plus pointu des thermocycleurs

Le LNE met au point une méthode pour le contrôle des thermocycleurs

La méthode mise au point par le LNE
en collaboration avec l’Institut Pasteur et
l’INRA permettra un contrôle plus pointu
des outils d’analyse de l’ADN.

De nombreux établissements spécialisés dans les analyses de biologie moléculaire souhaitent aujourd’hui se faire accréditer selon la norme ISO/CEI 17025, qui spécifie les exigences de qualité et de compétence propres aux laboratoires d'essais et d’analyses. Le succès d’une telle démarche repose notamment sur le contrôle métrologique des thermocycleurs, principaux outils d’analyse de l’ADN.

En collaboration avec l’INRA et l’Institut Pasteur, le LNE a élaboré une méthode permettant de caractériser les performances thermiques de ces appareils. Par rapport aux dispositifs existants, l’apport essentiel de cette méthode tient à la reproduction plus fidèle des conditions d’analyse réelles. Les mesures sont en effet réalisées dans les tubes réactionnels et prennent en compte la chaleur transmise à ces tubes par le thermobloc et le couvercle chauffant de ces appareils, ce qui limite les biais d’analyse.

En parallèle, le LNE a développé un logiciel capable de traiter les données thermiques obtenues. Cet outil analyse plus de 30 000 points de température, décompose et synthétise les signaux afin de fournir des informations pertinentes aux biologistes, notamment sous la forme d’une cartographie thermique. Une fois les données traitées, le laboratoire propriétaire des thermocycleurs se voit délivrer un rapport de performance pour chaque appareil de son parc analytique.

Fin 2009, la méthode et le logiciel ont fait l’objet d’un dépôt de brevet. Dans la foulée, et avec la collaboration de la cellule valorisation de l’INRA, le LNE a initié la création d’une start-up en vue d’engager le développement industriel et commercial du dispositif de mesure. L’objectif est que les laboratoires puissent assurer eux-mêmes le contrôle de leurs thermocycleurs. Prochaine étape : le développement, en 2011, d’une plate-forme de traitement des données qui permettra aux utilisateurs d’accéder facilement au logiciel d’analyse.

Sécurité incendie : modéliser le comportement des nouveaux matériaux

Le LNE développe des outils de modélisation pour les matériaux composites

Le LNE a développé de nombreux outils de modélisation
et de dégradation thermique pour les matériaux composites
destinés au transport ferroviaire

Les acteurs du BTP et des transports sont de plus en plus séduits par les atouts des nouveaux matériaux, comme la légèreté des composites ou encore la faible empreinte environnementale des éco-matériaux. Pour favoriser cette évolution tout en répondant aux exigences réglementaires en matière de sécurité incendie, il est possible d’intervenir à trois niveaux : en traitant le matériau lui-même, en raisonnant à l’échelle du produit ou bien en prenant en compte le système dans son ensemble (c’est-à-dire le bâtiment, le train ou le navire et ses dispositifs de détection, d’extinction…).

Impliqué dans ces thèmes de recherche depuis plusieurs années, le LNE a enregistré des avancées significatives en 2010 : il a élaboré des outils de modélisation du comportement au feu des matériaux et établi des modèles de dégradation thermique de la phase solide. Très pointues, ces méthodes peuvent prendre en compte les charges inertes des matériaux, telles que les fibres de verre ou de carbone, et ouvrent la voie à la modélisation fine des matériaux composites structuraux.

Sur cette base, le Laboratoire peut désormais assurer des prestations de service à destination des industriels. Parmi ses priorités : la mise au point d’outils expérimentaux pour caractériser, par exemple, les fumées, gaz et aérosols, et le développement de modèles numériques de pyrolyse. Ses avancées lui permettent aussi de participer à la rénovation des textes réglementaires. Dans le cadre du projet Transfeu, il travaille ainsi à l’élaboration d’une norme européenne encadrant les matériaux utilisés dans le secteur ferroviaire. Toutefois, la sécurité incendie est un vaste sujet, et le LNE ne souhaite pas en rester là. Il a déjà lancé deux nouveaux projets de recherche. Le premier vise à coupler les mouvements des personnes, en cas d’évacuation, avec les effets des fumées sur cette population. Le second s’attache à évaluer l’impact environnemental de l’incendie des composites dans l’aéronautique.

Grandes dimensions : des mesures tridimensionnelles plus fiables

Banc d'étalonnage des instruments de mesures de grandes longueurs

Les lasers trackers utilisés par les industries
aéronautiques et automobiles pour leurs
mesures de grandes dimensions,
peuvent être étalonnés sur le banc
de 26 m du LNE à Nîmes.

Pour fabriquer des objets tels que les fuselages d’avion ou les carrosseries d’automobile, mais aussi pour développer les outillages nécessaires à cette activité de production, les industriels recourent à des moyens de mesure tridimensionnelle de grandes dimensions. Parmi eux, les lasers trackers livrent des résultats dont la précision est de l’ordre de quelques dizaines de micromètres. Cependant, il n’existe pas aujourd’hui en France de prestation – intégrant les mesures d’angles et de distances – pour étalonner ces appareils et évaluer leurs incertitudes de mesure en fonction des besoins industriels.

Après une étude bibliographique et normative approfondie, le LNE a entrepris de mettre en oeuvre et de tester deux dispositifs distincts. Le premier consiste à générer des longueurs de référence de 2,3 mètres dans différentes directions au moyen d’un interféromètre laser. Les mêmes longueurs sont ensuite mesurées par le laser tracker, ce qui permet d’établir des comparaisons et de caractériser ce dernier. Cette méthode a servi de modèle pour plusieurs prestations d’étalonnage réalisées en 2010. Le second procédé utilise un réseau de points fixes disposés dans un volume de 7,5 m x 7,5 m x 3 m. En mesurant les cordonnées de ces points depuis différentes positions du laser tracker et pour différentes positions angulaires, il est possible de calculer la position moyenne de chaque point ainsi que les écarts à cette position. Pour améliorer les résultats ainsi obtenus, le LNE va acquérir en 2011 un outil extrêmement performant appelé laser tracer. Grâce à ce moyen de référence, les chercheurs auront la possibilité de déterminer la valeur vraie des points fixes du réseau. Ils pourront par conséquent calculer l’erreur de justesse des instruments étalonnés dans ce volume en comparant leurs mesures à celles du laser tracker industriel en cours d’étalonnage. Cette avancée permettra de proposer une offre d’étalonnage et de caractérisation optimisée.