Search

International audience

International audience

International audience

International audience

IEEE NEMS 2016 - The 11th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, Matsushima Bay, JAPON, 17-/04/2016 - 20/04/2016; We report on a multi-sensing probe for water network monitoring enabling simultaneous measurement of water electrical conductivity, flow-rate, temperature and pH. A very simple fabrication process is used where all physical sensors are obtained only from micro-patterning of glass, combining platinum, gold. Further coating using Atomic Layer Deposition (ALD) is achieved for the purpose of reducing both electro-erosion and biofouling, while keeping the sensor's electrical and thermal functionalities. This is critical for long-term reliability of sensors immersed in water. Carbon nanotubes are then inkjet-printed last for the pH sensor. Lateral size of each sensing elements does not exceed a few 100µm. This small footprint allowed implementing a redundancy strategy on the chip, not only for reliability purposes but also to accommodate for different measurement ranges based on scalable designs.

EGU - European Geosciences Union General Assembly 2016 , Vienna, AUTRICHE, 17-/04/2016 - 22/04/2016; Sense-City facility is a modeled urban test-bed of 250 m2 (25m×10m) located at University Paris-Est (France) that is dedicated to the validation of measurement technologies in the field of urban sustainability [1]. The novel Ground-Penetrating Radar (GPR) test site falls within the purview of Sense-City smart road topic, as networks usually lie below road structures. This site lies within the actual concern of mapping the underground with a non-destructive technique to retrieve the location of underground pipelines, in order to update urban cadastral databases, to contribute to space saving and to a wise use of land resources when planning for new networks. Thus, the test site designed provides several sources of measurement interest expressed by the presence of a multilayered soil with significant dielectric contrasts, and two distinct areas dedicated to the validation of utility mapping tools, one with buried pipes, and the other with buried blades with various dielectric properties; the objects having a relative small lateral dimension (less than 15 cm) have been buried at several depths (ranging from 14.5 to 64.5 cm ) in trenches filled with a backfill soil different from the natural soil. This paper is focused on the buried pipe area: experimental radargrams have been acquired using several GPR systems (GSSI SIR 3000, UtilityScan DF and a SFCW made of a pair of bowtie slot antennas conceived in our laboratory) operating at frequencies ranging from 300 MHz to 1.5 GHz. At first, the comparison and the interpretation of a few raw Bscans have allowed to characterize the dielectric properties of the soil layers. Afterwards, during the experiments made with the different GPR systems, we have studied the hyperbola signatures of the buried pipes according to several parameters such as central frequency, dielectric contrast of the objects (air filled or water filled), and polarization. The results of this study will help to further evaluate and develop different types of algorithms in signal and image processing (wavelet transform, Hilbert transform, matched filter, mode decomposition, super resolution algorithm, template matching, migration...) in radargrams to finally extract quantitative information. Experimental results highlight that 800 and 900 MHz are the most suited frequencies to obtain radargrams with enough resolution and penetration to characterize the buried objects with relatively small lateral dimension. First measurements have been made in the blade zone and they are currently under interpretation.

Paper presented at the 7th European Workshop on Structural Health Monitoring that took place in La Cité (Nantes, France) during July 8-11th 2014., This study deals with the development of an innovative weigh-in-motion (WIM) sensor. An electrically conductive nanocomposite material based on a mixture of graphene supported on sepiolite and carbon nanotubes was developed. Deposited on bituminous mix with copper electrodes, it is used as a force sensor. We detail the sensor fabrication process and study its sensitivity to a compressive force.

L'invention concerne tout d’abord un transducteur permettant la détection et/ou la mesure de force lorsqu'il est intégré dans un capteur de force ; transducteur dans lequel la force appliquée n'est pas mesurée directement, mais est mesurée par l'intermédiaire d'une mesure de déformation : sous l’effet d'une force, le transducteur subit une déformation ; cette déformation induit une variation d'une grandeur mesurable du transducteur ; une partie de mesure du capteur détecte et/ou quantifie cette variation, et fournit un signal de sortie représentatif de la déformation et par suite de la force appliquée. Naturellement, un tel transducteur peut également être utilisé pour la détection ou la mesure de déformations. Une première application de tels transducteurs et capteurs est le pesage de véhicules sur une chaussée, à l'arrêt ou de préférence en mouvement. Quand un véhicule est sur une chaussée, à l’arrêt ou en mouvement, la chaussée se déforme localement sous ses pneus. Cette déformation, qui est fonction entre autres du poids du véhicule, peut être détectée et/ou mesurée par un capteur ou un réseau de capteurs. Cette ou ces informations de déformation peuvent alors être interprétées afin de détecter la présence et de déterminer le nombre de roues des véhicules présents ou circulant sur la chaussée, leur vitesse et/ou leur direction de déplacement, ou encore leur poids. Une deuxième application est le suivi de l’état de la chaussée, par exemple le suivi des déformations irréversibles de la chaussée et/ou la détection de fissures et/ou l’anticipation des fissures, par exemple en analysant la dérive des mesures du ou des capteurs soit obtenues en l’absence de véhicule soit agrégées suite au passage de plusieurs véhicules. Mots-clés : capteur de force, capteur de déformation, pesage en marche, nanoparticules

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Le suivi in-situ des matériaux est essentiel au suivi du vieillissement des constructions. Cette science a besoin de microcapteurs autonomes implémentables en masse dans les matériaux cimentaires. Démontrer que de tels capteurs sont effectivement immergeables et qu'ils fournissent des informations exploitables sur la durabilité des structure constituerait une rupture technologique majeure. En vue de cet objectif à long terme, nous réalisons un nouveau type de cMUT. Il s'agit d'un dispositif hautes fréquences dont la membrane vibrante est faite de nanotubes de carbone alignés. Par une modélisation acousto-élastique couplée à partir d'une géométrie de pore schématique, nous avons évalué l'amplitude des vibrations de la membrane dans un pore rempli d'air ou d'eau et identifié des résonances liées aux dimensions du pore. Ce premier modèle valide l'intérêt applicatif du dispositif pour la métrologie de la microporosité.

Making the construction industry more sustainable requires the extension of the life of structures, achievable through the anticipation of structural deficiencies. Structural deficiencies often originate at the core of concrete structures from micro scale defects, whose detection is the key to predict structural ageing. The in-situ, real-time detection of such defects remains a major scientific and technological challenge and no cost effective technique is currently available. In this thesis, we present the design, fabrication and validation of the first wireless nano sensor node for embedded monitoring of concrete structures.The device is composed of 3 main parts: a sensing element, a conditioning circuit and an antenna. The first is a highly reproducible, hysteresis-free, flexible sensor fabricated by inkjet printing carbon nanotubes (CNTs) on polymer. We achieved the batch production of more than 140 sensors and also demonstrated low dispersion in device resistance as well as in its sensitivity to strain and temperature. The sensor also responds to humidity and pH, indicating that this fabrication process is adapted to the creation of a multifunctional nano sensor.The low-cost, low-power conditioning circuit adapts the sensors’ output to the input requirements of a regular analog-to-digital converter (ADC), compensating for temperature sensitivity. The antenna is specifically designed to maximise transmission through concrete for the wireless communication of the measurements. Power is supplied by a battery enabling the operation of the node for over 5 years. The circuitry is housed in a protective casing to insulate it from the harsh concrete environment. The volume of the assembled device is more than 3 times smaller than state of the art embedded nodes for concrete.The devices are tested both in laboratory conditions and in real-size concrete structures. The outputs of the sensors embedded in a mortar slab under 3-point bending tests suggest that the devices are capable of detecting the opening of micro cracks caused by increasing load. Moreover, continuous outdoor deployment since December 2014 demonstrates that this setup may be capable of detecting thermal-induced micrometric deformations and suggests that our technology provides a higher durability for embedded monitoring than commercial metallic strain gauge. In conclusion, the scientific and technological results of this research show the strong applicative potential of wireless nano sensors for embedded monitoring of concrete materials.; Mettre en œuvre le développement durable en construction nécessite de prolonger la durée de vie des structures grâce à la détection précoce des fragilités structurales. Celles-ci trouvent très souvent leur origine au cœur même des structures, au niveau de défauts micrométriques. Détecter ces défauts in situ et en temps réel représente un défi scientifique et technologique majeur et aucune solution bas coût n’est actuellement disponible. Cette thèse présente le premier nanocapteur intelligent sans fil pour le suivi noyé des structures en béton. Le système est composé de trois parties : un élément sensible, un circuit de conditionnement du signal, et une antenne. Le premier est un capteur de déformation fabriqué par impression jet d’encre de nanotubes de carbone sur polymère. Ces capteurs sont fabriquées en série, jusqu’à 140 à la fois. Ils ne présentent pas d’hystérésis, résistent aux cyclages mécaniques, et sont très reproductibles en termes de résistance et de sensibilité (en température et en déformation) au sein d’une même série. Les capteurs sont sensibles également au pH et à l’humidité, ce qui suggère que cette technologie pourrait être adaptée à la création de nano capteurs multifonctionnels. Le circuit de conditionnement est à bas coût et faible consommation énergétique. Il met en forme le signal du capteur tout en compensant sa sensibilité à la température. L’antenne a été conçue pour maximiser sa portée à cœur du béton, permettant ainsi la communication sans fil des mesures du capteur vers l’utilisateur. Le système, protégé par un boitier spécialement conçu, est alimenté par une batterie pour une durée de vie estimée à plus de 5 ans. Le volume total du système final est plus de 3 fois inférieur à l’état de l’art des capteurs noyés.De nombreuses expériences en laboratoire ainsi que dans une structure en béton de taille réelle suggèrent que le dispositif est capable d’observer à la fois l’ouverture de micro fractures dues à des charges appliquées et les déformations micrométriques dues à des dilatations thermiques. De plus, nos capteurs à base de nanotubes ont montré une durabilité plus importante au cœur du béton que des capteurs de déformation métalliques commerciaux. En conclusion, les résultats scientifiques et technologiques de ces travaux montrent le fort potentiel applicatif des nano capteurs sans fil pour l’instrumentation noyée des matériaux cimentaires.

Making the construction industry more sustainable requires the extension of the life of structures, achievable through the anticipation of structural deficiencies. Structural deficiencies often originate at the core of concrete structures from micro scale defects, whose detection is the key to predict structural ageing. The in-situ, real-time detection of such defects remains a major scientific and technological challenge and no cost effective technique is currently available. In this thesis, we present the design, fabrication and validation of the first wireless nano sensor node for embedded monitoring of concrete structures.The device is composed of 3 main parts: a sensing element, a conditioning circuit and an antenna. The first is a highly reproducible, hysteresis-free, flexible sensor fabricated by inkjet printing carbon nanotubes (CNTs) on polymer. We achieved the batch production of more than 140 sensors and also demonstrated low dispersion in device resistance as well as in its sensitivity to strain and temperature. The sensor also responds to humidity and pH, indicating that this fabrication process is adapted to the creation of a multifunctional nano sensor.The low-cost, low-power conditioning circuit adapts the sensors’ output to the input requirements of a regular analog-to-digital converter (ADC), compensating for temperature sensitivity. The antenna is specifically designed to maximise transmission through concrete for the wireless communication of the measurements. Power is supplied by a battery enabling the operation of the node for over 5 years. The circuitry is housed in a protective casing to insulate it from the harsh concrete environment. The volume of the assembled device is more than 3 times smaller than state of the art embedded nodes for concrete.The devices are tested both in laboratory conditions and in real-size concrete structures. The outputs of the sensors embedded in a mortar slab under 3-point bending tests suggest that the devices are capable of detecting the opening of micro cracks caused by increasing load. Moreover, continuous outdoor deployment since December 2014 demonstrates that this setup may be capable of detecting thermal-induced micrometric deformations and suggests that our technology provides a higher durability for embedded monitoring than commercial metallic strain gauge. In conclusion, the scientific and technological results of this research show the strong applicative potential of wireless nano sensors for embedded monitoring of concrete materials., Mettre en œuvre le développement durable en construction nécessite de prolonger la durée de vie des structures grâce à la détection précoce des fragilités structurales. Celles-ci trouvent très souvent leur origine au cœur même des structures, au niveau de défauts micrométriques. Détecter ces défauts in situ et en temps réel représente un défi scientifique et technologique majeur et aucune solution bas coût n’est actuellement disponible. Cette thèse présente le premier nanocapteur intelligent sans fil pour le suivi noyé des structures en béton. Le système est composé de trois parties : un élément sensible, un circuit de conditionnement du signal, et une antenne. Le premier est un capteur de déformation fabriqué par impression jet d’encre de nanotubes de carbone sur polymère. Ces capteurs sont fabriquées en série, jusqu’à 140 à la fois. Ils ne présentent pas d’hystérésis, résistent aux cyclages mécaniques, et sont très reproductibles en termes de résistance et de sensibilité (en température et en déformation) au sein d’une même série. Les capteurs sont sensibles également au pH et à l’humidité, ce qui suggère que cette technologie pourrait être adaptée à la création de nano capteurs multifonctionnels. Le circuit de conditionnement est à bas coût et faible consommation énergétique. Il met en forme le signal du capteur tout en compensant sa sensibilité à la température. L’antenne a été conçue pour maximiser sa portée à cœur du béton, permettant ainsi la communication sans fil des mesures du capteur vers l’utilisateur. Le système, protégé par un boitier spécialement conçu, est alimenté par une batterie pour une durée de vie estimée à plus de 5 ans. Le volume total du système final est plus de 3 fois inférieur à l’état de l’art des capteurs noyés.De nombreuses expériences en laboratoire ainsi que dans une structure en béton de taille réelle suggèrent que le dispositif est capable d’observer à la fois l’ouverture de micro fractures dues à des charges appliquées et les déformations micrométriques dues à des dilatations thermiques. De plus, nos capteurs à base de nanotubes ont montré une durabilité plus importante au cœur du béton que des capteurs de déformation métalliques commerciaux. En conclusion, les résultats scientifiques et technologiques de ces travaux montrent le fort potentiel applicatif des nano capteurs sans fil pour l’instrumentation noyée des matériaux cimentaires.