Recherche01

thématiques de recherche

Acoustique

Optimisation de la chaîne de traitement du signal acoustique

Nous travaillons à l’optimisation de transducteurs acoustiques sous-marins (rendement, maximisation de la puissance, minimisation de l’impédance complexe, etc.).

Pour cela, il est nécessaire d’utiliser des logiciels de simulation performants comme ATILA et EQI (logiciels développés à l’ISEN Lille), puis de passer à une phase expérimentale. L’utilisation de nouveaux matériaux pour la réalisation des transducteurs est envisagée et nécessite de repenser le design des transducteurs. Actuellement, des travaux pour la modélisation des antennes d’émission et de réception pour le MIMO dans le domaine sous-marin sont en cours. Ces études portent sur l’amélioration du rapport signal à bruit et sur le gain d’antenne à énergie constante.

Communications sous-marines

L’équipe acoustique de Lille, actuellement constituée de 6 chercheurs permanents et de 4 doctorants, est partie prenante du groupe Acoustique de l’IEMN (UMR 8520 CNRS) et participe à de nombreux projets financés par des agences de recherche (ANR, DGA, etc…) ou par des entreprises (Thales…).
Les chercheurs et enseignants chercheurs en acoustique de l’ISEN-Lille développent des activités théoriques (modélisation par éléments finis ou équations intégrales) et expérimentales (mesures électriques et acoustiques, caractérisation de matériaux, utilisation du bassin d’essais acoustiques) pour la conception de transducteurs et de dispositifs acoustiques, couvrant des domaines variés tels que l’acoustique sous marine, l’imagerie médicale, la téléphonie mobile ainsi que l’audition.

Les activités se décomposent de la façon suivante :

  1. Ingénierie du phonon et métamatériaux
  2. Audition et environnement sonore
  3. Acoustique du milieu marin

Pour mener à bien ces travaux, les chercheurs et enseignants chercheurs disposent en outre d’un logiciel éléments finis de modélisation de transducteurs, appelé ATILA, et d’un logiciel d’équations intégrales EQI, développés dans le laboratoire.

Les modèles développés décrivent la transduction électromécanique (piézoélectricité, piézomagnétisme, électrostriction), le couplage fluide-structure, le rayonnement acoustique et les structures périodiques. Aujourd’hui, le logiciel ATILA est implanté sur plus de 100 sites dans le monde.

Codesign et intelligence collective

« Nous sommes entrés dans un régime d’innovation ascendante »

Désormais, ce sont des utilisateurs avancés, des amateurs (au sens noble du terme), des bidouilleurs, qui sont à l’origine de nombre d’innovations qui nous entourent. Ce mouvement est particulièrement puissant en informatique et en électronique, puisque le monde du numérique offre d’innombrables possibilités à des « lead users » d’inventer des usages, des équipements, des services innovants. Les ressources de conception sont libres et ouvertes (nous avons Linux et l’Open source en informatique, et Arduino et Raspberry dans les champs de l’électronique libre), les communautés d’innovateurs se fédèrent et se consolident sur le net (voir le mouvement du Do It Yourself) ou dans le monde réel dans des lieux spécifiques dédiés à l’innovation collective (Fab-Labs, lieux de co-design et de co-working, etc.).

La conception des objets techniques est donc fondamentalement collective : on parle donc de co-design (design en anglais a une définition large et s’applique à la conception d’objets, de services, d’entreprises, de technologies, de systèmes, etc.). La recherche à l’ISEN sur le co-design est fondée sur les Sciences Humaines et Sociales et s’applique à parfaire notre compréhension de la Société de l’Information. Nous cherchons à comprendre comment ces activités collectives de conceptions peuvent s’intégrer dans des processus d’innovation longs, comment les industriels peuvent tirer parti de ces courants émergents d’innovation, quelles peuvent être les outils et les méthodes pour favoriser ce type d’innovation. A partir de ces recherches, nous sommes en mesure de proposer aux étudiants de l’ISEN une boîte à outils de Co-Design, pour permettre à nos futurs ingénieurs d’intégrer dans leur travail de concepteurs d’innovations les apports des utilisateurs, des communautés innovantes et des usages émergents. »

Informatique

Nous assistons à une convergence entre différents domaines tels que l’informatique embarquée, les réseaux de capteurs, les systèmes intelligents, … Ainsi, nous parlons actuellement d’objets connectés ou encore d’Internet des objets. Cela offre de nouvelles perspectives en terme de création de services mais de nouveaux challenges se profilent : Comment faire dialoguer les objets hétérogènes qui nous entourent ? Comment gérer les problématiques d’énergie ou de pollution électro-magnétique ? Comment faire le passage à l’échelle et être capable de traiter la quantité astronomique de données potentiellement générée (Big Data) ? Comment assurer la sécurité des échanges de données ?

Les systèmes actuels souffrent d’une fermeture et d’un manque d’interopérabilité. On dispose de plus en plus d’objets dits connectés, mais ceux-ci sont intégrés verticalement et ne communiquent pas réellement entre eux. Notre ambition est de rendre le développement et le déploiement de services dans une infrastructure ambiante aussi facile que l’installation d’une application sur un smartphone depuis un App Store : un clic et ça marche !

Pour résoudre ces challenges, nous abordons les thématiques suivantes :

  • Informatique ubiquitaire
  • Internet des objets
  • Systèmes multi-agents
  • Traitement d’images et de vidéos
  • Interfaces Homme-Machine
  • Data mining & Big Data
  • Robotique de service

Nous développons actuellement divers scénarios d’usage permettant le maintien à domicile de personnes âgées ou handicapées. Nous proposons de minimiser le nombre de capteurs permettant de suivre l’activité des personnes et surtout, nous favorisons dans notre démarche l’usage d’un même capteur pour différentes applications.

L’engagement de l’ISEN dans la Troisième Révolution Industrielle nous pousse également à évaluer le passage à l’échelle des techniques que nous développons au niveau desSmart Buildings et des Smart Cities.

Microsystèmes et Microtechnologies

L’équipe microsystème du département SAMBA d’ISEN Lille développe une recherche technologique à l’état de l’art dans le cadre de l’Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN – UMR 8520) à Villeneuve d’Ascq. Les sujets de recherche sont centrés sur le développement de nouvelles technologies de miniaturisation pour l’instrumentation physique, le contrôle environnemental et la santé. L’équipe participe à de nombreux projets financés par des agences de recherche (ANR, DGA, etc…) ainsi que par l’industrie. Elle est impliquée dans des projets nationaux phares (plan d’investissement d’avenir) portant sur la caractérisation électrique d’objet nanométrique, le développement de l’électronique sur substrat flexible et l’utilisation du nitrure de gallium pour les microsystèmes.

Microtechnologies

L'activité du groupe Microélectronique couvre deux champs complémentaires de recherche centrés sur les technologies avancées d'intégration pour le packaging et pour la conversion d'énergie thermoélectrique ainsi que la conception de circuits intégrés RF et millimétriques pour les télécommunications. Ces équipes de recherche d'ISEN-Lille sont intégrées à l'Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - IEMN UMR CNRS 8520 www.iemn.fr. (En savoir plus sur les recherches du domaine)

Technologies pour l'électronique flexible et la conversion d'énergie

Deux lignes de recherche sont poursuivies dans le domaine des technologies non conventionnelles de micro et nanofabrication. La première rentre dans le cadre de la thématique émergente ‘System Moore’. Le fondement de cette thématique est basé sur l’observation que si les composants intégrés (puces microélectroniques) ont bénéficié d’une réduction de surface sans précédent (~1000) durant les 50 dernières années, la compacité des systèmes est loin d'avoir atteint les mêmes sommets en accusant une réduction d'un facteur 5 seulement. Il s'agit donc ici de produire les gains en fonctionnalité, performance et compacité au niveau du système global par intégration hétérogène de composants faisant de l’encapsulation des composants non simplement un objet de protection mais dorénavant une partie intégrante et fonctionnelle des systèmes électroniques, photoniques, et thermiques. Un exemple emblématique est le développement d’un interposeur de verre permettant d’intégrer dans le même micro-système toutes les fonctionnalités d’un émetteur-récepteur électro-optique. Ce type de système préfigure le câble USB optique ultra haut débit de demain.

Cette ligne de recherche exploite pleinement les savoir-faire développés récemment dans le domaine de l'électronique flexible ultra-mince et haute-performance ainsi que les nouveaux outils de structuration laser (usinage, découpe, perçage) mis en place dans le cadre du projet EQUIPEX LEAF. Cette activité est progressivement monté en puissance dans le cadre du projet Phare de l'IEMN sur l’Électronique Flexible dont la structuration s'est successivement organisée autour du projet CPER-CIA (Campus Intelligence Ambiante), du projet Equipex LEAF, le support FEDER au projet Equipex LEAF, et le laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN (Projet NANO2017).

La seconde activité concerne le développement de convertisseurs thermoélectriques innovants et compatibles avec la filière CMOS. Pour cela, une approche d'ingénierie phononique vise à élever artificiellement, par une structuration nanométrique, les performances thermoélectriques du silicium. Il s’agit d’exploiter des effets de diffusion des phonons pour réduire la conduction thermique sans altérer les propriétés électriques du matériau. A terme, cette technique permettra de remplacer les matériaux thermoélectriques peu respectueux de l’environnement par le silicium. Une seconde approche est basée sur l'émission thermoélectronique entre des électrodes présentant un faible travail d’extraction et séparées par un espace vide de taille micrométrique. Enfin l’équipe développe des outils pour la métrologie thermique aux petites échelles. Ces activités sont soutenues par l’European Research Council (Projet UPTEG), le laboratoire Commun STMicroelectronics-IEMN (Projet NANO2017) et l’ANR (Projet TIPTOP).

Conception de circuits intégrés

L'activité de recherche en conception de circuits intégrés est centrée sur l’étude, la conception et la démonstration d’architectures innovantes appliquées à deux domaines particuliers : les systèmes de communications radiofréquences (RF) et les systèmes intelligents embarqués pour la détection et la classification de données. La philosophie de la recherche menée est de tirer parti des technologies CMOS avancées (des nœuds 90nm jusqu’au 28nm) afin de proposer des avancées significatives aux niveaux des systèmes, des sous-blocs ou au niveau transistor. Pour les transmetteurs et récepteurs sans fils, nous essayons d’intégrer un maximum de fonctionnalités numériques, soit en corrigeant les défauts des blocs analogiques, soit en remplaçant ceux-ci. Les challenges et objectifs pour les systèmes de communications de demain concernent la consommation d’énergie (afin d’offrir des durées de vie sur batterie plus longues), la configurabilité (afin d’être capables de s’adapter à différents standards et besoins), les débits de données échangées toujours croissants et l’intégration des systèmes (dans l’optique d’offrir des objets mobiles toujours plus surprenants). En ce qui concerne les systèmes intelligents embarqués, nous nous attachons à réduire la surface et la consommation afin de pouvoir intégrer ces systèmes au plus proche des capteurs dans un budget énergétique très contraint. Par exemple, nous travaillons sur des systèmes de détection de caractéristiques de signaux audio afin de déterminer si une voix est présente ou si un certain mot a été prononcé. Les techniques mises en œuvre sont l’utilisation de traitement de signal event-driven (déclenché par l’activité du signal) et l’implantation intégrée de réseaux neuronaux pour la classification basse consommation. Pour tous les projets, les moyens mis en œuvre comprennent tous les aspects de l’étude de principe, à la mesure de prototypes, en passant par la conception des circuits.

Physique des matériaux et Nanosciences

Le département Physique et Nanosciences de l’ISEN Lille mène des activités de recherche sur des thématiques possédant de fortes potentialités d’innovation et de ruptures technologiques dans les domaines de l’électronique, de l’optoélectronique et des nanotechnologies.

Il regroupe des études expérimentales et théoriques sur la fabrication de nouveaux matériaux, notamment semi-conducteurs avec des dimensions de plus en plus réduites, la caractérisation multiphysique (mécanique, optique, électrique) des matériaux, la modélisation de leurs propriétés physiques et, enfin, le développement instrumental pour sonder la matière à l’échelle nanométrique et/ou avec une résolution temporelle très poussée.

Sur le plan théorique, les principales techniques utilisées sont la simulation multi-échelle, la dynamique moléculaire, et les calculs ab initio (DFT) et semi-empiriques (liaisons fortes) de la structure électronique et des propriétés optiques des nanostructures. Sur le plan expérimental, le département est fortement investi dans la plateforme de microscopies à  champ proche et dans l’activité d’épitaxie de semiconducteurs de l’IEMN. Il dispose par ailleurs d’un laser femtoseconde pour la génération d’impulsions acoustiques ultra courtes. Il bénéficie enfin des moyens importants de la centrale de technologie de l’IEMN (bâtis de croissance, caractérisations multiples d’échantillons, fabrication de dispositifs électroniques, …)

Le département compte parmi ces membres permanents une majorité de chercheurs et ingénieurs CNRS. Il accueille une dizaine de doctorants et post-doctorants annuellement, qui intègrent ensuite des organismes nationaux de recherche et d’enseignement ou poursuivent dans l’industrie internationale de haute technologie.

Enfin, le département assure l’enseignement de la physique et des nanosciences à l’ISEN et contribue à l’enseignement du master MiNT de l’université de Lille 1.

Robotique

L’équipe Robotique de service développe son expertise dans la commande collaborative des flottilles de robots mobiles autonome. Plus particulièrement les travaux concernant la conception des algorithmes de planification de trajectoire sans collision et de suivi de trajectoire, garantissant que les contraintes physiques des robots ainsi que celles liées à l’environnement et à la stratégie de navigation soient respectées. Des algorithmes de localisation en utilisant des techniques algébriques développées par l’équipe   NON-A d’INRIA Lille Nord Europe sont également développés et testés sur des robots mobiles réels.  Plusieurs robots mobiles autonomes ont été développés par l’équipe dans le cadre du projet i-MOCCA, soutenu par le programme Interreg IVA 2 Mers et le FEDER.

Une des applications phare de l’équipe est le développement d’un module d’aide à la conduite pour un fauteuil roulant électrique. Celui-ci est développé dans le cadre du projet EDUCAT,  soutenu par le programme Interreg IVA 2 Mers et le FEDER et ayant l’ISEN comme leader. Tous ces travaux de recherche se font en étroite collaboration avec l’équipe Syner du LAGIS, UMR CNRS 8219 et l’équipe NON-A d’INRIA. Plus récemment, l’équipe a lancé un nouvel axe de recherche consacré à proposer des applications mobiles sur téléphone ou tablette pour les personnes en situation de handicap.