Fatima TLEMSANI1, 2, 3, Hayriye GIDIK1, 2, 3, Daniel DUPONT1, 2, 3
1ENSAIT, ULR 2461, GEMTEX, F-59000 Lille, France
2JUNIA, F-59000 Lille, France
3Univ. Lille, F-59000 Lille, France

1. Introduction

Les enfants qui souffrent des maladies neurologiques tels que la paralysie cérébrale, sont susceptibles à un inconfort physique et psychologique lié au port des appareils de rééducation. Cet inconfort les met dans un état de stress qui puisse réduire l’efficacité de la rééducation et même mettre leurs vies en danger. L’état de stress de ces enfants peut être exprimé par un changement dans leurs paramètres physiologiques, par exemple la perturbation du rythme cardiaque ou bien l’ augmentation de la température cutanée.

La minimisation des appareils électroniques et le développement des nouveaux matériaux à base de textile ont permis d’intégrer des capteurs dans ces textiles. Ces capteurs sont capables de surveiller les paramètres physiologiques et vitaux des individus. La thèse de Fatima TLEMSANI se déroule dans le cadre d’un projet Européen, MOTION (Interreg 2 Seas Mers Zeeën) avec plusieurs partenaires internationaux (Belgique, Pays-Bas, Angleterre), au sein du laboratoire GEnie des Matériaux TEXtiles (GEMTEX). Le but du projet MOTION (Mechanised orthosis for children with neurological disorders) est de développer un exosquelette pour les enfants polyhandicapés. Un vêtement instrumenté sera également intégré à cet exosquelette afin d’obtenir des informations sur l’impact de l’utilisation de celui-ci en mesurant les activités physiologiques des enfants.

Lors de ce projet, cinq capteurs textiles sont proposés pour évaluer l’état de stress de ces enfants. Ces capteurs sont

Trois partenaires du projet (Centexbel, Kinetic Analysis et JUNIA – HEI) travaillent sur le développement de ces capteurs et chaque partenaire est responsable d’un ou plusieurs capteur(s). Nous travaillons plus particulièrement sur les fluxmètres thermiques textiles grâce à notre connaissance sur ce sujet. Les fluxmètres thermiques existants sont imperméables et empêchent l’évaporation de la sueur, à cause de cela, ils donnent des résultats incomplets au niveau du bilan énergétique en ambiance humide.
De même, du fait de leur semi-rigidité, ils ne peuvent être employés que sur des surfaces semi-planes et peu mouvantes. En effet, pour permettre une mesure précise, les fluxmètres thermiques ont besoin d’avoir un bon contact avec la surface support.

Ainsi, le fluxmètre thermique textile peut prendre en compte l’humidité et il peut être utilisé pour les surfaces complexes grâce à sa perméabilité et sa souplesse. Ainsi, il est possible de mesurer, analyser et monitorer des transferts thermiques et hydriques avec une perturbation minimale.

L’objectif de cette thèse de doctorat est d’analyser les transferts thermiques et hydriques et aussi le couplage de ces deux transferts entre le porteur et l’extérieur afin d’obtenir des informations sur l’état de stress des enfants. Pour ce faire, les fluxmètres thermiques textiles développés seront caractérisés pour leurs comportements thermo-hydriques et sensibilités.

A la fin, ces fluxmètres vont être combinés avec les autres capteurs développés par nos partenaires et intégrés dans un vêtement afin de créer un système intelligent. Les informations physiologiques obtenues par ce système vont être combinées via fusion de données afin d’évaluer l’état de stress des enfants. Tout d’abord, ce système va être testé sur les enfants en bonne santé et par la suite sur les enfants avec troubles neurologiques en mettant en place des approbations éthiques.

2. Développement du fluxmètre thermique textile

2.1. Principe d’un fluxmètre textile

Le fluxmètre thermique mesure un flux à partir du gradient de température en fonction de l’effet Seebeck
impliquant une thermopile. La thermopile est produite à partir d’un fil (fil de constantan) suivi par un dépôt électrochimique (de cuivre) pour créer des thermo-jonctions (constantan – cuivre). Une différence de température entre deux faces du fluxmètre thermique génère un flux thermique sur la thermopile, qui délivre une tension à la sortie du fluxmètre.


Le fluxmètre thermique textile est créé en introduisant la thermopile dans le substrat textile en utilisant le
processus de tissage. La Figure 1 (a) présente un schéma du fluxmètre thermique textile et la Figure 1 (b)
montre une vue en plan du fluxmètre thermique développé.

schéma représentatif du fluxmètre textile

2.2. Conception du fluxmètre textile

Le substrat textile est conçu par le processus de tissage en utilisant un métier à tisser. Les fils de chaîne et
de trame du substrat textile sont 100% polyester (PES), avec une armure de satin 5, effet trame, comme le présente la Figure 2. Pour le développement du fluxmètre textile, un fil de constantan d’un diamètre d’environ 76 μm est utilisé. L’intégration du fil conducteur se fait entre deux fils de trame PES sous forme de flottés de trame. Après cela, le réseau de thermopile est réalisé en utilisant un post-traitement qui est dans notre travail un dépôt électrochimique de cuivre. Le dépôt est réalisé sur deux étapes : la première consiste à masquer les zones de constantan, pour les protéger, sur les deux faces du fluxmètre par un dépôt manuel d’un polymère. La deuxième étape est la création des thermocouples de constantan – cuivre (Cn – Cu) avec le dépôt électrochimique.

armure du fluxmètre textile

3. Résultats et discussion

Les fluxmètres thermiques textiles développés sont caractérisés en utilisant un banc de mesure. Ce banc de
mesure présenté sur la Figure 3 comprend deux plaques échangeuses isolées en face arrière. À l’intérieur de chaque plaque échangeuse circule un fluide caloporteur dont la température est régulée par un bain thermostaté. Les bains peuvent être programmés pour assurer une variation prédéfinie de la température en fonction du temps. Le fluxmètre textile et un fluxmètre de référence (Captec®, France) sont empilés et placés entre ces deux plaques chauffantes. Ainsi, quatre thermocouples sont attachés au système, notamment, TL1, TL2, TL3 et TL4. Le prototype est connecté à un ordinateur de contrôle et à un système d’acquisition de données.

schéma du système de mesure pour caractériser le fluxmètre

Les températures des plaques sont modifiées et la tension fournie par le fluxmètre thermique textile et
Captec sont mesurées. Les températures utilisées pour les plaques [TP1 – TP2 ] sont [30°C – 30°C], [36°C –
27°C], [36°C – 36°C], [40°C – 36°C] et [36°C – 36°C]. La Figure 4 présente les températures mesurées par les thermocouples et la tension mesurée par le fluxmètre thermique textile et Captec pour différentes températures.

graphique des mesures prises par le fluxmètre

Lorsque deux plaques chauffantes ont la même température, la tension de sortie mesurée est de 0 pour les
deux fluxmètres. La tendance entre le fluxmètre textile et celui de référence est même lorsqu’une différence de température est appliquée aux plaques chauffantes. La tension de sortie obtenue augmente en augmentant la différence de température. Captec® donne des valeurs légèrement supérieures au fluxmètre textile pour la tension.

Leurs performances sont comparées en calculant la sensibilité du fluxmètre thermique textile. Il donné une sensibilité de (3,87 ± 0,04) μV / (W.m-2) qui est proche de la sensibilité du Captec®(4,01μV / (W.m-2), donné par le fournisseur).

4. Conclusion

Comme les transferts hydriques affectent les échanges de flux de chaleur et créent des phénomènes complexes, les études futures se concentreront sur la caractérisation du couplage des transferts thermiques et hydriques. De plus, ce fluxmètre textile sera testé sur l’homme (en bonne santé) pour l’évaluation du stress.
Enfin, il sera intégré dans un vêtement intelligent avec d’autres capteurs et les résultats obtenus à partir de différents capteurs seront fusionnés et analysés pour détecter le stress des enfants atteints de CP lors de la rééducation.