Multiplexage d'images couleurs par structuration laser de matériaux plasmoniques pour la sécurité et la personnalisation des documents d'identité – MIXUP

L'un des défis de la proposition sera de démontrer que la technologie peut être mise en œuvre pour multiplexer plus de 2 images différentes. Pour ce faire, nous allons:

Elaborer des modèles colorimétriques extrapolant les gammes d'hypercouleurs, c'est-à-dire les ensembles de couleurs affichées dans différents modes, selon les dimensions liées aux paramètres laser.

Développer des algorithmes de clustering et de tri pour identifier parmi les grands ensembles d'hypercouleurs, toutes les hypercouleurs qui satisfont des arborescences spécifiques de combinaisons de couleurs permettant le multiplexage.

Mettre en œuvre des processus de marquage laser rapides pour aller vers un processus de transfert industriel pour l'impression d'images multiplexées, basé sur l'optimisation de la composition du matériau et d'autres paramètres de marquage.

Un autre enjeu de la proposition est de mener des études plus fondamentales afin de mieux comprendre les mécanismes à l'origine des transformations de tels systèmes nanocomposites plasmoniques sous irradiation laser et le lien entre nanostructures et hypercouleurs. Pour cela, la proposition vise également à:

Mettre en place des techniques de caractérisation in operando pour suivre l'évolution temporelle de la couleur du matériau depuis la nanoseconde lorsque les effets thermiques commencent à changer de manière irréversible le film nanocomposite.

Modéliser les mécanismes physico-chimiques et simuler les changements dans la nanostructure du film.

Modélisez l'évolution de l'hypercouleur résultant des modifications de la nanostructure du film à l'aide de la modélisation électromagnétique.

La solution technologique développée dans le cadre du projet pourrait être considérée comme une nouvelle fonctionnalité de sécurité qui pourrait être adoptée comme une nouvelle norme dans l'industrie des cartes d'identité électroniques. HID Global CID serait alors en mesure d'attirer de nouveaux clients et de conquérir de nouveaux marchés.

Métasurfaces aléatoires produites par laser pour le multiplexage d'images imprimées en lumière blanche

Au-delà de l'impression couleur sans encre avec des lasers, cet article, publié dans Advanced Functional Materials, démontre l'impression par laser femtoseconde d'informations colorées multiplexées qui peuvent être révélées optiquement. Trois images sont combinées dans une image codée imprimée sur une métasurface de 200 nm d'épaisseur par un seul faisceau laser et sont révélées indépendamment sous lumière blanche en modifiant les conditions d'observation. L'article met en évidence les propriétés optiques très intéressantes de métasurfaces plasmoniques aléatoires induites par laser encore mal appréciées.
youtu.be/d1jstP4lCk0

Plus d'information sur le site web du projet : sites.google.com/view/anr-mixup/home

Avancées attendues

D'un point de vue scientifique et académique, plusieurs avancées sont attendues des différentes parties du projet:

Multiplexage d'images couleur. Développer des stratégies spécifiques pour démontrer que le multiplexage d'images couleurs multiples (> 2) peut être mis en œuvre avec un traitement laser rapide sur des films plasmoniques. Implémenter le multiplexage à deux images pour l'observation à l'œil nu et à la lumière blanche (fonction de sécurité de niveau 1)

Mécanismes physico-chimiques impliqués dans le processus de coloration. Comprendre les mécanismes impliqués à différentes échelles de temps de la femtoseconde (fs) à la seconde et à différentes échelles du niveau atomique au niveau macroscopique pour mieux expliquer l'apparition des mécanismes d'auto-organisation induits par le laser.

Produit final et résultats attendus

Le produit final qui sera produit par HID Global CID est une carte composite avec une fenêtre transparente dans laquelle des images multiplexées ont été encodées et marquées par laser pour être affichées dans différents modes d'observation. Nous prévoyons également de dévoiler certains des mécanismes fondamentaux qui conduisent de manière irréversible à la transformation de films nanocomposites comprenant des nanoparticules métalliques lors de l'excitation par des lasers pulsés grâce au développement de caractérisations in operando et à de nouveaux modèles multi-physiques.

Barrières scientifiques et techniques à lever

Création de nouveaux types de cartes composites avec une fenêtre transparente irrégulière.

Développer un multiplexage d'images numériques adapté aux performances de marquage laser.

Mise en œuvre du marquage laser haute vitesse d'images couleur multiplexées codées.

Caractérisation in operando des transformations induites par laser de films nanostructurés plasmoniques.

Modélisation des couleurs et des propriétés spectrales des métasurfaces aléatoires plasmoniques produites.

Articles in international peer-reviewed journals
N. Destouches, N. Sharma, M. Vangheluwe, N.Dalloz, F. Vocanson, M. Bugnet, M. Hébert, J. Siegel , Laser-empowered metasurfaces for white light printed image multiplexing, Adv. Func. Mater., 2021, 10.1002/adfm.202010430

H. Ma, S. Bakhti, A. Rudenko, F. Vocanson, D. S. Slaughter, N. Destouches, T. Itina, Laser-generated Ag nanoparticles in mesoporous TiO2 films: formation processes and modeling-based size prediction, J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 25898-25907

Sharma, N.; Destouches, N.; Florian, C.; Serna, R.; Siegel, J. Tailoring Metal-Dielectric Nanocomposite Materials with Ultrashort Laser Pulses for Dichroic Color Control. Nanoscale 2019,11, 18779-18789

Sharma, N.; Vangheluwe, M.; Vocanson, F.; Cazier, A.; Bugnet, M.; Reynaud, S.; Vermeulin, A.; Destouches, N. Laser-Driven Plasmonic Gratings for Hiding Multiple Images. Mater. Horizons 2019, 6 (5), 978–983

Sharma, N.; Ma, H.; Bottein, T.; Bugnet, M.; Vocanson, F.; Grosso, D.; Itina, T. E.; Ouerdane, Y.; Destouches, N. Crystal Growth in Mesoporous TiO2 Optical Thin Films. J. Phys. Chem. C 2019, 123 (10), 6070–6079

Consultez le site web du projet pour découvrir toute la production scientifique : sites.google.com/view/anr-mixup/home

Dans un contexte où les agences gouvernementales développent des politiques et technologies de sécurité renforcées pour suivre et protéger l'identité de chaque personne, le projet MIXUP vise à développer une approche innovante dans le domaine de l'authentification physique des documents d'identité tels que passeports, cartes d'identité, permis de conduire ou visas. HID Global CID et les partenaires académiques de ce projet, le Laboratoire Hubert Curien et l'Institut Fresnel, mettent en commun leurs expertises pour développer un procédé de fabrication innovant efficace et facile à mettre en œuvre pour créer des fenêtres transparentes sécurisées au sein de cartes composites, dans lesquelles un portrait infalsifiable du porteur du document d'identité pourrait être gravé par laser. La fenêtre transparente présentera plusieurs nouveaux éléments de sécurité et contiendra un film plasmonique intégré au cœur de la carte dans lequel les informations personnelles et images du porteur de la carte seront multiplexées et imprimées par laser. Ce procédé de personnalisation constituera la dernière étape de fabrication de la carte, sans nécessité d’ajouter une couche de protection par la suite.

Le multiplexage d'images couleur permet d'afficher différentes images selon le mode d'illumination ou d'observation de la carte. Le processus laser mis en œuvre pour imprimer de telles images multiplexées dans le cœur de la carte repose sur des interactions laser-matière complexes contrôlées par de nombreux paramètres, qui nécessitent des connaissances et un savoir-faire internes et rendent le processus très difficile à contrefaire. Les informations imprimées sont également protégées contre toute tentative de modification. Grâce à la manière dont les différentes images ou informations sont encodées pour créer les données multiplexées, il est impossible de changer la couleur d'une image dans un mode sans affecter simultanément les images dans tous les autres modes, rendant la fraude facilement détectable.

L'un des défis du projet sera de démontrer que la technologie peut être mise en œuvre pour multiplexer plus de 2 images différentes. Pour ce faire, nous allons:
o Élaborer des modèles colorimétriques en extrapolant les gamuts d'hypercouleurs, i.e. les ensembles de couleurs observables dans différents modes, selon les dimensions liées aux paramètres laser.
o Développer des algorithmes pour regrouper et trier les hypercouleurs afin d'identifier celles qui satisfont des arbres de combinaisons de couleurs spécifiques permettant le multiplexage.
o Mettre en œuvre des processus rapides de balayage laser pour aller vers un processus de transfert industriel pour imprimer des images multiplexées. Ces processus seront basés sur l'optimisation de la composition du matériau et d'autres paramètres de marquage.

Un autre défi de la proposition est de réaliser des études plus fondamentales afin de mieux comprendre les mécanismes à l'origine des transformations de tels systèmes nanocomposites plasmoniques sous irradiation laser, et le lien entre les nanostructures et les hypercouleurs. Pour cela, le projet vise également à:
o Mettre en place des techniques de caractérisation in operando afin de suivre l’évolution temporelle de la couleur du matériau, de la nanoseconde où les effets thermiques commencent à changer de façon irréversible la composition du film nanocomposite, jusqu’à quelques secondes lorsque de nouvelles phases se stabilisent.
o Modéliser les mécanismes physico-chimiques et simuler les changements de nanostructure du film.
o Modéliser l'évolution de l'hypercouleur résultant des changements de nanostructure du film en utilisant la modélisation électromagnétique.

La solution technologique développée dans le projet pourrait être considérée comme un élément de sécurité donnant lieu à une nouvelle norme dans l'industrie de la carte électronique. HID Global CID serait alors en mesure d'attirer de nouveaux clients et de gagner de nouveaux marchés.