Les ingénieurs de la plateforme PFAN-P (Polymères) en collaboration avec Ultimetas, ont exploré des résines photopolymères compatibles avec l’impression 3D pour des antennes haute fréquence à bas coût.
Si les antennes actuelles, fabriquées par des procédés traditionnels (usinage, lithographie), restent coûteuses et peu adaptées aux itérations rapides, les antennes à métasurfaces composées de structures microscopiques aux propriétés électromagnétiques uniques, redéfinissent les technologies sans fil en manipulant les ondes électromagnétiques avec une précision inédite. Ainsi, les ingénieurs de la plateforme fabrication additive du réseau normand pour les polymères ou PFAN-P et l’entreprise Ultimetas, spécialisée dans la conception d’antenne à métasurfaces, ont démontré la faisabilité de prototypes d’antennes haute fréquence (5G/6G) à bas coût, combinant impression 3D de polymères photoréticulables et sérigraphie d’encre conductrice.
Dans le cadre de cette collaboration, la synergie apporte des solutions basées sur des ruptures technologiques dans le domaine de l’électromagnétisme, afin de révolutionner les communications du futur et de réaliser des antennes reconfigurables innovantes basées sur les interactions lumière-matière, et de la technologie des métasurfaces.
Une facilité d’intégration
Les métasurfaces sont conçues pour offrir des fonctionnalités sur le contrôle des ondes, qu’elles soient acoustiques, sismiques, optiques… et, dans le cas présent, électromagnétiques. C’est leur structure, généralement périodique, plus que leur composition chimique, qui leur donne des propriétés d’atténuation, de réflexion ou encore de focalisation des ondes. Il devient ainsi possible de contrôler finement les caractéristiques des ondes électromagnétiques guidées ou rayonnées. Les prototypes d’Ultimetas sont bidimensionnels 2D, 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 », commente Charlotte Tripon-Canseliat, cofondatrice et directrice générale d’Ultimetas. Créée en 2018, Ultimetas travaille depuis plusieurs années sur des percées technologiques dans le domaine de l’électromagnétisme et des nanomatériaux. Elle conçoit, simule et réalise des antennes à métasurfaces simplifiant les architectures électroniques réseaux classiques fondées sur une approche d’interférences d’ondes de surface.
Le procédé en quelques minutes
Le procédé développé repose sur trois étapes clés. La première, l’impression 3D du substrat est réalisée sur une machine du réseau FAN utilisant la technologie MSLA (Masked Stereo-lithography Apparatus) par solidification de la résine liquide à l’aide d’une source de lumière ultraviolette. Cette étape permet de produire en quelques minutes des disques diélectriques de 1 mm d’épaisseur avec une précision de 0,02 mm. « Il s’agit de polymériser une résine en l’excitant avec des rayons UV. Nous avons essayé plusieurs types de résines », détaille Lucas David, chef de projet fabrication additive pour PFAN-P. 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. Pour les motifs conducteurs, Heatself – membre du réseau NAE, réalise une sérigraphie d’encre conductrice argentée. Implantée à Saint-Saëns, en Seine-Maritime, Heatself conçoit, fabrique et commercialise des solutions thermiques autorégulantes sur mesure. L’ élément d’antenne ainsi produit est ensuite fixé sur un plan de masse, une surface conductrice servant de référence électrique, afin de finaliser la fabrication. L’impression 3D et la sérigraphie manuelle divisent les coûts de prototypage.
Une avancée vers la 6G
Alors que l’ambition première d’Ultimetas était la réduction des coûts de conception d’antennes à métasurfaces, leur prototype a présenté des performances remarquables, ouvrant la voie à des usages de ces appareils à une plage de fréquence autour de 100 GHz; par exemple, celle de la future 6G. « Dans des structures à iso-per-formances, 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 », précise Jean Chazelas, cofondateur et Pdg d’Ultimetas. Contrairement aux antennes classiques, souvent encombrantes et rigides, ces dispositifs ultra-minces et légers s’adaptent dynamiquement aux fréquences (5G, 6G, IoT) permettant des usages innovants. En combinant intelligence artif i cielle et matériaux innovants, ces antennes ouvrent la voie à des réseaux plus rapides, écologiques et résilients. Les champs d’applications de cette antenne innovante sont vastes : les marchés des communications par satellite, les infrastructures 5G et 6G, les objets communicants, les systèmes de sécurité ou encore des systèmes anticollision pour les futurs véhicules autonomes.
NAE 
