Les techno-textiles sont des tissus qui incorporent de nouvelles technologies et de nouvelles fonctionnalités dans un matériau textile traditionnel. Parfois appelés ” techtextiles ” ou ” tissus techniques “, la plupart des techno-textiles ont leurs racines dans des applications industrielles ou militaires. Ils sont employés dans de nombreuses applications différentes, allant des appareils biomédicaux aux avions, aux automobiles, à l’électronique et plus encore, y compris les vêtements et l’ameublement.
Si vous ne le savez pas encore, les “textiles” sont des produits essentiellement constitués de fibres. Ces dernières sont souvent tordues ensemble (des milliers à la fois) pour créer des fils qui peuvent être tissés, tricotés ou tressés pour fabriquer des tissus. Lorsqu’on regarde un tissu, il est facile d’oublier qu’il est en réalité fait de milliers ou de millions de petites fibres. Cependant, les fibres sont le composant le plus important du textile. Le choix des fibres et des fils peut modifier le comportement de la matière textile. La plupart des techno-textiles sont développés au niveau de la fibre. En modifiant des matériaux plus fins qu’un cheveu humain, la performance d’un tissu peut changer de façon spectaculaire.
Depuis l’avènement des plastiques synthétiques, les techno-textiles sont commercialisés. L’un des premiers exemples de fibres fabriquées pour une application de haute technologie est le nylon. Au fur et à mesure que l’armée de l’air devenait une composante importante des forces armées, les parachutes ont pris de plus en plus d’importance. Ces derniers étaient fabriqués en tissu de soie. Les chercheurs étaient intéressés à développer un substitut synthétique à la soie pour contrôler la qualité, la source et améliorer la résistance. Le nylon était une source idéale et s’est rapidement développé pour satisfaire ce marché.
Cependant, le fait de reconnaître le nylon comme un substitut de la soie a rapidement amené les gens à considérer d’autres produits fabriqués à partir de la soie comme des candidats au nylon. Les bas, qui étaient extrêmement populaires et plutôt chers à l’époque, ont été identifiés comme un marché probable. Le succès a été tel que le public a commencé à appeler les bas “nylons” en quelques années. Sa résistance et sa durabilité accrues par rapport à la soie en ont fait un énorme succès.
Au début des années 2000, le nylon n’était plus considéré comme un techno-textile, mais plutôt comme une fibre de base. A mesure que les nouvelles technologies se banalisent et sont acceptées, elles cessent d’être considérées comme de la haute technologie. Ce qui, au premier abord, semble être des applications fantastiques, deviendra probablement, d’ici quelques années ou décennies, un lieu commun.
Le confort par la technologie
L’une des applications les plus populaires des techno-textiles est d’assurer le confort dans un vêtement. De façon générale, il y a deux aspects du confort que les vêtements peuvent aborder : la transpiration et la température. Un vêtement confortable évacue l’humidité du corps et maintient un bon niveau de température.
Le contrôle de l’humidité
En ce qui concerne le contrôle de l’humidité, il faut savoir que le polytétrafluoroéthylène expansé (PTFEe) est passé du laboratoire aux vêtements. Le PTFEe a la même structure chimique que le Téflon, mais lorsqu’il est expansé, certaines propriétés uniques peuvent être réalisées. Gore a popularisé cette technologie sous le nom de membrane Gore-Tex.
L’idée de base est que la membrane comporte de très petits trous qui permettent le passage de la vapeur d’eau. Notons qu’ils doivent être assez petits pour laisser passer une gouttelette d’eau. Ainsi, si une personne porte ce vêtement et qu’elle transpire, la vapeur d’eau peut se déplacer à travers la membrane. Cependant, s’il pleut, les gouttelettes ne peuvent pas passer au travers pour mouiller la personne.
Le contrôle de la température
Les matériaux à changement de phase deviennent très populaires comme moyen de contrôler la température dans un vêtement. En principe, des cires micro-encapsulées sont incorporées dans le tissu. Lorsque la cire fond, elle absorbe de l’énergie thermique, ce qui refroidit efficacement le matériau lorsqu’il est chauffé. Inversement, lorsque la cire fondue se solidifie, elle dégage de la chaleur pendant que l’ensemble du système se refroidit. Le résultat est un matériau qui essaie de maintenir une certaine température, en éliminant efficacement les pics de chaleur et de froid.
Il existe également des méthodes pour changer activement la température des vêtements. Les astronautes, les pilotes d’essai d’avion et les pilotes de course utilisent des vêtements réfrigérés depuis un certain temps. Des tubes de liquide de refroidissement sont encastrés dans le vêtement et une petite pompe pousse le liquide de refroidissement à travers le vêtement. Des dispositifs thermoélectriques sont également envisagés.
Le E-Textiles
Certaines des possibilités les plus intéressantes pour les techno-textiles proviennent de l’utilisation des technologies électroniques et informatiques modernes dans les vêtements. Les éléments clés sont l’utilisation de fibres ou de fils électriquement conducteurs afin que les signaux puissent être envoyés à travers le vêtement, des sources d’énergie flexibles, des équipements informatiques flexibles et des systèmes d’affichage flexibles.
Des matériaux conducteurs sous forme fibreuse, tels que les métaux ou le carbone, ou même des polymères conducteurs comme le polyany-line, peuvent être utilisés comme outils de câblage à l’intérieur d’un morceau de tissu. Ces fils peuvent transporter l’électricité vers divers composants, tels que les capteurs, les actionneurs ou les puces informatiques, qui sont intégrés dans le vêtement. Les dispositifs de communication sans fil peuvent communiquer des informations vers et depuis le vêtement.
Par exemple, il existe de nombreuses entreprises qui ont développé une méthode pour incorporer des dispositifs de détection de mouvement dans les moquettes. Cela peut être utilisé à diverses fins, notamment pour contrôler l’éclairage afin qu’il s’allume lorsque quelqu’un entre dans la pièce, ou pour détecter les intrus. En plus de détecter le mouvement, la puce peut mesurer la température, ce qui pourrait mener à des applications telles que l’éclairage automatique du plancher en cas d’incendie, montrant aux occupants un chemin vers la sécurité.
Le module de détection de mouvement est tissé dans le dossier de la moquette. Les fils rouges fournissent la tension d’alimentation, les fils verts transportent les données et les fils bleus sont mis à la terre pour le module de détection de mouvement de la moquette intelligente de démonstration de la marque Infineon. Un capteur capacitif dans le module détecte lorsqu’un fil vert est touché, ce qui allume le bouton rouge.
Des fibres optiques peuvent être incorporées dans les structures de tissu de manière à créer des motifs lumineux à la surface du tissu. Par un contrôle approprié, le tissu peut effectivement devenir un écran de télévision ou d’ordinateur. France Télécom a fait la démonstration d’une telle technologie, un écran d’affichage en tissu. À terme, cette technologie pourrait être incorporée dans les vêtements de tous les jours ou dans l’ameublement de la maison.
Imaginez une chemise simple et professionnelle qui peut être transformée en une tenue de boîte de nuit dynamique et clignotante par simple pression d’un bouton. Les rideaux et le papier peint pourraient devenir des présentoirs, de sorte que le motif ou le schéma de couleurs puisse être modifié selon le désir instantané du propriétaire.
Maggie Orth a développé Electric Plaid, que vous pouvez commander sur linnea.fr, dans ce but. Cependant, Electric Plaid ne fonctionne pas en contrôlant les fibres optiques, mais plutôt en contrôlant les colorants sensibles à la température soit une autre application techno-textile. Les colorants sensibles à la température peuvent changer de couleur en fonction de la température du tissu. Electric Plaid a des filaments de chauffage et de refroidissement incorporés dans le tissu. En modifiant le degré de chauffage et de refroidissement à différents endroits du tissu, Orth a créé un tissu qui change lentement de couleur et de motif tout au long de la journée.
Les capteurs embarqués
Des capteurs permettant de déterminer des phénomènes aussi disparates que la température ou la teneur en oxygène peuvent être créés sous forme fibreuse. Il s’agit généralement de fibres optiques dotées de réseaux de diffraction de Bragg qui peuvent mesurer de petits changements dans l’environnement. Comme ils sont produits sous forme de fibres optiques, ils peuvent être incorporés dans les vêtements. Un certain nombre d’entreprises ont intégré ces capteurs dans des sous-vêtements de sorte que les fibres touchent ou soient proches du corps humain.
Les informations reçues par ces capteurs peuvent être transmises à un autre endroit. Parmi les applications vitales, on peut citer les vêtements pour bébés qui permettent de donner une alerte précoce contre le syndrome de mort subite du nourrisson et pour les soldats. Dans les deux cas, les informations peuvent être renvoyées aux parents ou au commandant pour fournir des détails sur la santé et le bien-être du porteur. Si un problème survient, une intervention rapide peut prévenir de graves difficultés. Si la respiration du nourrisson devient irrégulière, le système de contrôle avertira le parent qui se précipitera à l’aide. Si le soldat est blessé, le changement de la température du corps et du rythme cardiaque créera un avertissement pour que les médecins viennent à son secours. Non seulement les médecins sauront qu’il y a un problème, mais un système de localisation sur le soldat permettra au médecin de le trouver rapidement.
Ce type de technologie est également transmis au monde du sport. Une des applications évidentes est la formation. L’athlète et l’entraîneur peuvent tous deux observer les changements des signes vitaux et déterminer le degré et l’efficacité de l’entraînement. A l’Université de technologie de Marseille, des chercheurs ont fabriqué un habit de motoneige qui comprend un capteur et un émetteur de localisation ainsi que des accéléromètres pour détecter les collisions. Si un accident se produit, la combinaison enverra un appel de détresse qui comprendra l’emplacement de l’athlète ainsi que les signes vitaux.
Les sources d’énergie
Avec le développement de nouvelles applications passionnantes de l’électronique dans les textiles, il est nécessaire de fournir de l’énergie électrique à ces dispositifs. Il existe plusieurs approches intéressantes en développement qui verront des applications futures.
Quelques entreprises ont produit des piles très fines et flexibles qui sont à peu près aussi envahissantes qu’une étiquette. Bien qu’ils ne fournissent pas beaucoup de puissance, ils peuvent être suffisants pour manipuler des dispositifs électrochromiques ou même de petites fibres optiques.
Il y a des variations intéressantes en cours de développement autres que les piles. L’un est un générateur qui est fixé aux chaussures. Un générateur crée de l’énergie électrique en faisant tourner un aimant à travers une bobine de fil. C’est l’opposé de la fabrication d’un aimant en enroulant un fil autour d’un clou et en faisant passer de l’électricité à travers le fil. L’idée de base est de rendre le talon de la chaussure capable de se déplacer de haut en bas de sorte qu’à chaque pas, le porteur pousse le talon vers le haut, ce qui déplace des aimants à travers une bobine et génère de l’électricité. Ensuite, la chaussure est simplement connectée au vêtement pour fournir de l’électricité. Cette idée pose quelques problèmes, comme les fils nécessaires pour relier la chaussure aux vêtements, et le fait que le talon de la chaussure peut être plus grand que la normale.
L’électricité peut également être convertie à partir de l’énergie thermique par un processus connu sous le nom d’effet Seebeck. Dans l’effet Seebeck, deux matériaux conducteurs différents sont joints, et lorsque la température entre eux est différente, un courant électrique est produit. Cela peut être excellent pour les environnements de temps froid, ou un conducteur est à l’extérieur d’un manteau, donc il fait froid, et l’autre conducteur est à l’intérieur par le porteur ou il fait chaud. Cette différence de température peut créer de l’électricité qui peut être utilisée pour diverses choses, comme charger un téléphone cellulaire ou un lecteur MP3, ou trouver ses coordonnées grâce à un système de positionnement global.
Le contraire de l’effet Seebeck est l’effet Peltier, ou l’électricité peut être utilisée pour créer de la température, mais pas comme un chauffage, plutôt comme un refroidisseur. Par un choix approprié des matériaux conducteurs, le dispositif Peltier peut devenir plus froid que l’environnement, permettant un système de refroidissement flexible. Ces dispositifs peuvent être intégrés dans des tissus.
Différentes entreprises ont développé des cellules solaires flexibles. Ces dernières convertissent la lumière en électricité. La possibilité récente de les rendre flexibles permet de les utiliser dans les vêtements et les accessoires. Récemment, une étudiante, Lauren Sabia, a développé un sac à bandoulière qui incorpore des cellules solaires flexibles dans la sangle et qui a des fils conducteurs qui vont jusqu’à un support pour téléphone cellulaire permettant aux cellules solaires de charger un téléphone cellulaire lorsqu’elles ne sont pas utilisées.
L’avenir
On ne sait pas ce que l’avenir réserve aux textiles de haute technologie. Il peut exister des concepts farfelus comme une cravate faite de fibres qui sont des semi-conducteurs permettant au vêtement de servir de dispositif de stockage de mémoire pour un ordinateur. Peut-être que des fils seront développés qui ont un comportement musculaire qui leur permet de se contracter, ce qui fait que les manches d’une chemise donnent au porteur une force ou une vitesse supplémentaire. Ce que l’on sait, cependant, c’est que la plupart des progrès technologiques finissent par se retrouver dans les produits textiles parce que presque tout le monde porte des vêtements.
