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En seulement deux ans, Paul Motzki a ainsi remporté pour la troisième fois le programme de financement européen « Horizon Europe » pour la recherche et l'innovation : l'UE lui a déjà accordé un financement de la recherche « EIC Pathfinder » pour les technologies visionnaires et soutient également ses recherches dans le cadre d'un projet de cluster européen de plusieurs millions d'euros.
Le texte suivant a été traduit automatiquement de l'allemand et n'a pas été post-édité.
Paul Motzki s'est spécialisé dans deux technologies différentes de matériaux intelligents. Il y a d'une part les matériaux dits à mémoire de forme : de minces faisceaux de fils ou des feuilles d'alliage nickel-titane qui peuvent se raccourcir ou s'allonger selon que le courant les traverse ou non. Ils permettent de créer de nouveaux types d'entraînements flexibles avec lesquels Motzki et son équipe construisent, entre autres, des pinces robotiques souples et légères. Comme ces matériaux à mémoire de forme peuvent absorber et restituer de la chaleur lorsqu'ils se raccourcissent ou s'allongent, les chercheurs de Sarrebruck développent également une nouvelle technologie de refroidissement et de chauffage respectueuse du climat et économe en énergie : l'élastocalorique.
Les films de silicone fins et légers constituent le deuxième type de matériaux intelligents sur lesquels Paul Motzki et son équipe mènent des recherches : en modifiant la tension électrique, les scientifiques font effectuer à ces films les mouvements souhaités, par exemple vibrer, tapoter, pousser ou tirer. Cela permet de construire à partir des films polymères des mini-moteurs innovants, légers et économes en énergie. Le professeur en systèmes de matériaux intelligents et son équipe développent des pompes et des valves innovantes à l'aide de ces moteurs à film. Ils appliquent également ces matériaux polyvalents sur des textiles qui appuient sur la peau afin de transmettre des contacts virtuels. Ils en recouvrent également les écrans des smartphones afin de faire apparaître et disparaître des boutons et des touches, ou de confirmer une saisie par une contre-pression ciblée du film sur le doigt.
Paul Motzki combine aujourd'hui pour la première fois au monde ces deux technologies innovantes, la technologie à mémoire de forme et les moteurs à film, afin de faire progresser de manière décisive la technologie climatique encore jeune de l'élastocalorique, qu'il a lui-même développée. Le plus grand organisme de financement de la recherche en Europe, le Conseil européen de la recherche (CER), soutient ce projet dans le cadre d'une prestigieuse bourse ERC Starting Grant d'un montant d'environ 1,5 million d'euros sur une période de cinq ans.
Les avantages de ces deux technologies : elles sont très légères, efficaces sur le plan énergétique et aussi propres que l'électricité qui les alimente. Comme elles permettent d'exercer des forces importantes dans un espace réduit, elles sont également appelées « muscles artificiels ». « En combinant ces deux technologies, nous voulons développer des groupes frigorifiques extrêmement plats, compacts et légers, qui peuvent donc être facilement intégrés dans d'autres systèmes », explique Paul Motzki. Le résultat devrait être des groupes frigorifiques fonctionnant avec des muscles artificiels et des mini-moteurs fabriqués à partir de matériaux intelligents.
Paul Motzki travaille à la mise sur le marché rapide de l'élastocalorique dans le cadre d'un autre projet européen : en 2024, il a remporté avec un consortium européen le prestigieux « EIC Pathfinder Challenge » du Conseil européen de l'innovation, d'une valeur de quatre millions d'euros. Grâce à cette subvention européenne, il développe actuellement avec ses partenaires le prototype d'un système de climatisation domestique utilisant la technologie élastocalorique. L'EIC Pathfinder est décerné à des « technologies visionnaires et radicalement nouvelles » qui « peuvent apporter des changements, relever des défis mondiaux et créer des marchés entièrement nouveaux ». « L'EIC Pathfinder met l'accent sur la mise en pratique rapide de nos résultats de recherche, tandis que l'ERC Starting Grant soutient actuellement la recherche fondamentale dans le but d'élargir de manière décisive la base scientifique de l'élastocalorique », explique Paul Motzki, qui mène des recherches à l'université de la Sarre et au Centre de mécatronique et de technologie de l’automatisation (ZeMA), dont il est le directeur général.
Il est tout à fait exceptionnel que l'UE décerne deux distinctions prestigieuses à un chercheur, à savoir l'EIC Pathfinder et l'ERC Starting Grant. De plus, dans le cadre du volet « Santé » du programme Horizon Europe, l'UE soutient également les recherches de Paul Motzki sur les implants intelligents pour la médecine : 25 institutions renommées de douze pays européens participent au projet de recherche Smile (Smart implants for life enrichment), doté d'un budget de 21 millions d'euros.
Contexte :
L'élastocalorique
L'élastocalorique est une nouvelle technologie de refroidissement et de chauffage respectueuse du climat et économe en énergie, qui n'utilise ni réfrigérants nocifs pour l'environnement ni combustibles fossiles. Depuis des années, les équipes de recherche de Paul Motzki et de son directeur de thèse Stefan Seelecke développent cette nouvelle technologie à l'université de la Sarre et au Centre de mécatronique et de technique d'automatisation de Sarrebruck dans le cadre de plusieurs projets de recherche de plusieurs millions d'euros. La Commission européenne a qualifié l'élastocalorique d'alternative la plus prometteuse aux procédés existants et le Forum économique mondial l'a classée parmi les « dix technologies émergentes » en 2024. L'équipe de Sarrebruck a déjà développé un premier prototype de mini-réfrigérateur. Des prototypes destinés au refroidissement dans les véhicules sont également en cours de développement dans le cadre d'autres projets de recherche.
L'élastocalorique refroidit et chauffe en étirant et en relâchant de fins fils ou tôles en alliage nickel-titane, qui absorbent la chaleur et la restituent ailleurs. Tant pour le refroidissement que pour le chauffage, l'équipe de recherche atteint déjà des différences de température d'environ 20 degrés Celsius. « Cela vaut pour les composants à un seul étage », précise Paul Motzki, « si nous construisons des systèmes à plusieurs étages, nous obtenons des écarts de température beaucoup plus importants. »
Tous les prototypes reposent sur la mémoire de forme de l'alliage métallique nickel-titane : le nickel-titane possède deux réseaux cristallins, l'un plus court que l'autre. Ces phases peuvent se transformer l'une en l'autre, elles se « souviennent » en quelque sorte l'une de l'autre, d'où le nom de « mémoire de forme ». On connaît ces phases pour l'eau : solide, liquide et gazeuse. Dans le cas du nickel-titane, en revanche, les deux phases sont solides. Lorsqu'une phase se transforme en l'autre, les fils ou les tôles absorbent de la chaleur, et lorsque la phase change à nouveau, ils libèrent de la chaleur. De cette manière, lorsque de l'air ou des liquides circulent à leur surface, ils peuvent extraire ou apporter de la chaleur aux pièces. « Selon l'application, nous utilisons des fils, des tôles minces ou, désormais, des géométries plus complexes imprimées en 3D à partir de nickel-titane », explique Paul Motzki.
Grâce à ce principe, les chercheurs de Sarrebruck développent des procédés de refroidissement et de chauffage pratiques en concevant des prototypes à l'aide d'une mécanique intelligente de manière à ce que les fils soient sollicités et déchargés dans des systèmes circulatoires. Pour ce faire, ils ont déjà posé les bases dans de nombreux projets et ont notamment étudié comment les entraînements maintiennent les tôles ou les fils en mouvement permanent.
Ils vont maintenant intégrer les fines feuilles de silicone à faible consommation d'énergie dans leurs nouveaux prototypes en tant que mini-moteurs. « Avec ces élastomères diélectriques, nous développons de nouveaux types d'entraînements qui ne nécessitent aucun capteur supplémentaire », explique Paul Motzki. « Les feuilles sont recouvertes des deux côtés d'une couche d'électrodes électriquement conductrice et hautement extensible », explique-t-il. Lorsque les chercheurs appliquent une tension électrique, les deux couches d'électrodes opposées s'attirent par force électrostatique. La feuille se comprime alors dans son épaisseur et augmente en surface. « En modifiant le champ électrique, nous pouvons contrôler les mouvements de la feuille, lui faire effectuer des mouvements de levage en continu ou la faire vibrer à n'importe quelle fréquence et amplitude. Il devient ainsi un moteur léger, mais efficace et économe en énergie », explique le chercheur.
Les films diélectriques, tout comme les fils à mémoire de forme, ne nécessitent aucun capteur. « Chaque déformation du film ou des fils peut être associée à certaines valeurs mesurées de la capacité électrique ou de la résistance électrique. Ces valeurs mesurées nous permettent de déterminer comment ils se déforment. La fonction d'un capteur de position est donc intégrée », explique Paul Motzki. À partir des valeurs mesurées, lui et son équipe programment des séquences de mouvements précises à l'aide de l'intelligence artificielle.
Horizon Europe
Horizon Europe est le neuvième programme-cadre de recherche de l'Union européenne et le plus grand programme de financement individuel au monde pour la recherche et l'innovation. Il vise à construire une société fondée sur la connaissance et l'innovation et une économie compétitive, tout en contribuant au développement durable.
Avec les subventions ERC Starting Grants, le Conseil européen de la recherche (CER) soutient de jeunes scientifiques qui poursuivent des voies de recherche prometteuses dans le domaine de la recherche fondamentale
Prof. Dr.-Ing. Paul Motzki
Tel.: +49 (681) 85787-13; E-Mail: paul.motzki(at)uni-saarland.de
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