Utilisation des métamatériaux pour la problématique de cohabitation de systèmes et d'antennes embarquées dans les transports ferroviaires - Application of metamaterials for trainborne antenna integration and reduction of EMI between on-board systems in th – METAPHORT

Un des défis des transports ferroviaires est l’amélioration de l’efficacité énergétique. La réduction de poids des véhicules est une solution exploitée en utilisant des matériaux composites. Ces derniers ont la particularité de proposer une performance mécanique importante tout en ayant une structure allégée. Leurs caractéristiques électromagnétiques (EM) sont cependant ignorées et elles peuvent avoir un impact non-négligeable sur les performances des systèmes de communications sans fil qui requièrent une certaine fiabilité telles que ceux liés à l’exploitation et la maintenance. Ce paramètre complexifie l’installation des systèmes de communication sans fils à bord des véhicules. A cette contrainte se rajoute celles de la cohabitation entre les systèmes de communication qui se multiplient et de l’insertion d’antennes au sein de cet environnement de plus en plus complexe. Les avancés dans l’étude de l’interaction onde-matière nous permettent aujourd’hui d’envisager la conception d’antennes en prenant en compte tous les paramètres électromagnétiques des matériaux environnants et utilisant des métamatériaux. Les métamatériaux sont des structures électromagnétiques artificielles ayant des propriétés inédites. Ils permettent d’envisager pour les technologies sans fils la conception d’éléments rayonnants avec plus de degré de liberté pour la gestion d’énergie électromagnétique stockée. Ils permettent également de contrôler avec une grande économie de moyens les interactions antre éléments rayonnants, et entre les éléments et leur environnement. L’étude des métamatériaux est un sujet de recherche actuel et leur utilisation dans des applications sans fils pour le ferroviaire est tout à fait innovante et mérite d’être considérées compte tenu des intérêts industriels et économiques mis en jeu. Ils pourront permettre à titre d’exemple la réalisation d’antennes ultra-minces avec une sensibilité moindre à son environnement et donc intégrables dans les véhicules. En outre, cette technologie pourrait également permettre d’améliorer la gestion de l’énergie électromagnétique rayonnée dans l’environnement. Cet enjeu devient de plus en plus important pour la gestion de la cohabitation entre les systèmes de communications embarqués qui se multiplient et également pour la pollution électromagnétique engendrée par ces derniers. Il existe d’autres techniques tels que le traitement d’antennes intélligentes pour la gestion de la cohabitation mais ces techniques ne permettent pas de gérer la pollution électromagnétique. Un des objectifs du projet METAPHORT est également la mise en œuvre de méthodes de caractérisation et de conception innovantes pour permettre une meilleure gestion de pollution dès la conception des dispositifs de communication sans fil. À moyen terme, ces considérations permettront de limiter le niveau d’exposition électromagnétique des personnes dans les transports publics et ce malgré la multiplication des systèmes de communication sans fil. Ce projet de recherche fondamentale et pluridisciplinaire réunit un consortium d’industriels et de chercheurs des domaines des télécommunications, de la compatibilité électromagnétique et de l’interaction onde-matière. Les résultats de ces travaux de recherche seront appliqués et validés en se plaçant dans un contexte opérationnel réaliste et en considérant des applications de contrôle-commande et de surveillance pour les métros. Des topologies d’antennes à métamatériaux pouvant être intégrées directement dans la structure du véhicule ainsi que des méthododologies de conception et de moyen d'essais en laboratoire pour minimiser les campagnes d'essais sur site seront aussi proposées.