Une nouvelle antenne plus fine, plus légère et à bas coût. Voilà comment Ultimetas définit son prototype dans un communiqué partagé fin juin. La start-up issue en 2018 de l’Université Paris-PSL s’est appuyée sur la technologie des métasurfaces, des structures d’antennes à motifs géométriques permettant des interactions avec des ondes électromagnétiques via réflexion ou absorption. En collaboration avec la plateforme Fabrication additive Normandie polymères (PFAN-P), des prototypes ont été fabriqués via impression 3D de polymères photoréticulables et sérigraphie d’encre conductrice.
Le passage de 3 à 2 dimensions
D’après les différents acteurs derrière ces prototypes, l’usage d’impression 3D et l’utilisation de matériaux bon marché permettraient de réduire drastiquement le coût des antennes, lorsque comparé à des antennes fabriquées par usinage traditionnel. En outre, les prototypes d’Ultimetas sont bidimensionnels, et non pas en 3D, comme les antennes classiques. « Le passage en 2D permet l’intégration en parois, sur n’importe quel senseur électromagnétique d’intérêt. C’est sa finesse et sa facilité d’intégration, associées à ses performances, qui font que ces antennes commencent à avoir beaucoup d’intérêt pour nos partenaires industriels », détaille pour Industrie & Technologies Charlotte Tripon-Canseliat, cofondatrice et directrice générale d’Ultimetas. En délaissant l’architecture 3D conventionnelle des antennes à métasurfaces, il est possible pour Ultimetas d’implanter leur antenne à même la surface des appareils les utilisant. D’après la start-up, leurs antennes pourraient par exemple équiper des aéronefs, des satellites ou encore de futures infrastructures 6G.
l’impression 3D pour réduire les coûts
« La principale raison pour laquelle nous avons étudié la faisabilité de conception des antennes par impression 3D, c’est la réduction des coûts », explique Lucas David, chef de projet fabrication additive à PFAN-P, qui dévoile pour Industrie & Technologies le processus ayant mené au prototypage des antennes d’Ultimetas. Lucas David a notamment travaillé à la conception des disques diélectriques des antennes. « Il y avait au début deux procédés de fabrication des disques. Nous avions pensé à de la fabrication additive par fused deposition modeling (FDM, dépôt de fil), la méthode la plus courante. Mais nous étions alors confrontés à un problème de résolution. Les antennes nécessitaient des filaments d’une vingtaine de microns d’épaisseur, alors que les buses FDM font environ 200 microns ». C’est la technique d’impression 3D par stéréolithographie masquée (MSLA) qui a été choisie par l’ingénieur de formation et son équipe pour réaliser les disques diélectriques. « Il s’agit de polymériser une résine en l’excitant avec des rayons UV. Nous avons essayé plusieurs types de résines », détaille Lucas David. Si la composition de la résine finalement choisie reste secrète, l’ingénieur et les dirigeants d’Ultimetas confirment que son utilisation pour la conception d’antennes à métasurfaces est une première.
Suite à la fabrication des disques, l’entreprise experte en câbles chauffants Heatself a été chargée d’y déposer par sérigraphie l’encre conductrice. Le prototype est alors fixé sur un plan de masse conducteur, servant de référence électrique, pour finaliser sa fabrication et permettre des premiers tests. Des tests concluants, à en croire Jean Chazelas, cofondateur et PDG d’Ultimetas : « Dans des structures à mêmes performances, nos antennes pèsent 10 fois moins lourds que les antennes classiques. Avec ces technologies d’impression 3D, nous pouvons encore viser 50 % de gain de poids ».
L’ambition 6G
Alors que l’ambition première d’Ultimetas était la réduction des coûts de conception d’antennes à métasurfaces, leur prototype a également présenté des performances remarquables, ouvrant la voie à des usages de ces appareils à une plage de fréquence autour de 100 GHz. Soit par exemple celle de la future 6G. « L’abandon de la contrainte dimensionnelle, en passant de la 3D à la 2D, permet de conférer des performances additionnelles à l’antenne. La bande passante, soit la largeur relative de la plage de fréquences sur laquelle fonctionne l’antenne, est habituellement de l’ordre de 5 %. Nos antennes ont des bandes passantes de 30 % », se félicite Jean Chazelas. « Cette capacité multipliée se traduit par deux choses : des fonctions nouvelles, comme une capacité accrue de résistance aux brouilleurs, et une transmission d’informations 6 fois plus importante. Et lorsque l’on cherche à passer de la 5G à la 6G, c’est un point très intéressant ». Désormais, la start-up va tenter de réaliser des structures de grandes dimensions et imagine déjà, dans les prochaines années, une industrialisation de ses antennes à métasurfaces.
