Ronan Sauleau, lauréat 2021 du Prix de la Recherche de la Fondation Rennes 1

Chaque année depuis 2015, la Fondation Rennes 1 attribue son Prix de la recherche : un dispositif qui vise à récompenser un enseignant-chercheur de l’Université Rennes 1 pour des travaux d’excellence académique et d’innovation, impactant la société. Ronan Sauleau, enseignant-chercheur dirigeant actuellement l’Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique (IETR) est l’heureux lauréat de l'édition 2021. Portrait…

Un domaine de recherche qui nous concerne tous : les antennes

FR1 : Sur quoi portent vos travaux ?

RS : Je travaille essentiellement dans le domaine des antennes. Le périmètre concerné par ce prix porte majoritairement sur deux types d'architectures antennaires : des architectures plutôt fines, qui ont des capacités poussées de focalisation de l’énergie dans l'espace, et des antennes « volumiques » à balayage électronique de faisceaux dans toutes les directions, pour suivre un utilisateur en mobilité par exemple.  

Les applications de nos travaux concernent tant le civil que la défense, qu’il s’agisse des systèmes de communication à très haut débit - typiquement les futures générations d'antennes qui permettront d'aller au-delà de la 5G, ou des télécommunications spatiales où il faut assurer des liaisons de qualité entre un satellite éventuellement défilant et un utilisateur sur le sol lui aussi en mobilité. Ce contexte de mobilité - ajouté à la distance des communications qu'il faut établir - impose de concevoir des architectures antennaires qui ont des propriétés très particulières. Il faut d’une part qu’elles soient en mesure de focaliser la puissance qu'elles émettent dans des directions privilégiées de l'espace, et d'autre part qu’elles puissent suivre un utilisateur en mobilité. Cet ensemble de contraintes nous amène à proposer des architectures spécifiques, compatibles avec les usages. Typiquement, dès lors que vous avez une plateforme antennaire qui est embarquée sur un mobile, cela exige de respecter les contraintes d'encombrement - des contraintes d'épaisseur par exemple - des contraintes de surface, des contraintes de consommation aussi, pour garantir l'autonomie énergétique du système portable.

Le « marché » des antennes nous concerne tous ! Nous utilisons nombre d'antennes au quotidien, sans nous en rendre compte : le téléphone, les voitures connectées, la box à la maison, les réseaux sans fil par exemple avec l’intensification du travail à distance... tous les systèmes de communication sans fils utilisent aujourd'hui des antennes. On en utilise chacun peut-être plus d’une dizaine par jour ! On aura de plus en plus de besoins d'objets communiquant dans tous les secteurs qu'il s'agisse des télécommunications, de l’IoT, de l'agriculture connectée, des problématiques d’observations environnementales, de l'industrie du futur, de la santé... et dès qu'il y a une dimension "non filaire" se cachent des antennes aux extrémités des liaisons.

Un travail d'équipe et multipartenarial

FR1 : Qu’est ce qui fait la spécificité de telles recherches ?

RS : Tout d’abord ce sont des recherches qui ne se font pas en solo : sur ces thématiques, je travaille plus particulièrement avec trois collègues [1] sur différentes architectures d’antennes - bidimensionnelles ou tridimensionnelles – et les choix se font en fonction des contraintes applicatives. Beaucoup de nos activités se font en relation étroite avec des partenaires - qu'il s'agisse de partenaires académiques - français, européens ou internationaux - ou de partenaires industriels, petits ou grands, dans le cadre de convention de recherche ou de recherches collaboratives lorsque nous mobilisons des financements publics compétitifs.

Ce sont des travaux qui en général comportent plusieurs phases. Dans un premier temps, nous formulons la problématique - c’est la phase d'étude théorique et de modélisation numérique. Ensuite vient une phase de conception de l’architecture antennaire. Nous travaillons dans des domaines de fréquence compris entre 20 et 300 GHz. Enfin la troisième étape est celle du prototypage et de la caractérisation expérimentale. Cette phase d'ingénierie est extrêmement intéressante et enrichissante mais parfois complexe à mettre en œuvre. On n'obtient pas forcément les résultats escomptés, donc on reboucle, on réitère le processus jusqu'à obtenir les performances attendues.

Enfin, ces travaux s’appuient sur plusieurs plateformes de pointe disponibles au laboratoire, donc la plateforme M²ARS [2] pour laquelle une halle technologique est actuellement en cours de construction sur le campus de Beaulieu, qui réunira à partir de la rentrée prochaine l’ensemble de nos infrastructures dédiées au prototypage et aux mesures. L’IETR regroupe plusieurs plateformes techniques, et 350 personnes y travaillent actuellement, dont une centaine sur les antennes. C'est la plus grande concentration académique à l'échelle européenne dans ce domaine.


 

Ronan Sauleau (à gauche) en présence de deux de ses collègues (Laurent Le Coq au centre, David González-Ovejero à droite) dans l’une des chambres anéchoïques du laboratoire

Savoir-faire unique

FR1 : Qu'il a t-il de particulièrement innovant dans vos travaux ?

RS : Dans le cadre de mes activités, il y a quelques « architectures » d’antennes qui ont un impact assez important. Je fais référence notamment à des systèmes d'alimentation d'antennes qui permettent d'exploiter de façon optimale l'empreinte physique de l'antenne tout en améliorant son efficacité énergétique. Ce sont des travaux très originaux en pointe à l’échelle internationale. Par ailleurs, nous sommes aussi très reconnus pour notre expertise sur d'autres géométries d'antennes, à balayage électronique bidirectionnel, utilisées pour faire du suivi utilisateur ou du suivi de cible. Notre savoir-faire reste assez unique à l'échelle internationale, en termes de capacité d'innovation et de niveau de performance.

Le laboratoire a une culture partenariale assez forte - nous créons en moyenne plus d'une startup par an. Il y a des projets de maturation qui sont en cours pour évaluer la potentialité de nos architectures dans une utilisation à l'échelle industrielle. Dans d'autres activités du laboratoire, certaines antennes sont déjà commercialisées actuellement, ça prouve qu'on sait faire. L'IETR travaille sur les antennes depuis une quarantaine d'années - c'est devenu l'une de nos marques de fabrique !

Du satellite au téléphone portable...

FR1 : Ce serait quoi pour vous l’antenne idéale ?

RS : Plusieurs caractéristiques sont importantes : je citerais d’emblée le rendement énergétique, c'est à dire en quoi l'antenne peut restituer l'énergie qu'on utilise pour l'alimenter. L'autre performance attendue, c'est la capacité de l'antenne à fonctionner sur une large bande de fréquences pour pouvoir transmettre une quantité d'informations importante. Mais je ne suis pas exhaustif ! Il y a une telle hétérogénéité dans les types d'application… Deux exemples pour illustrer cette diversité d’usages : la communication avec un satellite en orbite géostationnaire va nécessiter des antennes de grande taille pour produire du gain et émettre l’énergie dans une direction privilégiée de l'espace. Au contraire, quand vous avez un téléphone portable, un objet communiquant par nature de petite taille, qui doit pouvoir capter une émission en provenance d'une station de base qui est située n'importe où par rapport à vous, il faut pouvoir disposer d'une antenne qui a la capacité à rayonner de la manière la plus omnidirectionnelle possible. Les exigences de performances sont totalement différentes dans les deux cas.

Nos limites sont celles imposées par la physique. Notre défi c’est de s'approcher au maximum de ces limites, notamment en termes d'efficacité énergétique, d'optimisation performance/encombrement, de miniaturisation aussi. Intégrer un nombre important d'antennes dans des dispositifs portables nécessite de réduire au maximum les tailles, sans nuire aux performances de l'objet.

 

C'est un prix collectif - et j'insiste beaucoup sur ce point - parce que les recherches que l'on mène sont très rarement des travaux que l'on fait tout seul. C'est un prix qui vient récompenser l'investissement des uns et des autres, et c'est une manière de mettre en lumière ce qui est fait dans le domaine au sein de notre laboratoire. C'est une grande satisfaction et je remercie très sincèrement la Fondation.

Xavier Morvan, assistant ingénieur, devant l'une des machines mobilisées lors de la phase ingénierie et prototypage

[1] L’équipe concernée par ce prix est composée de David González-Ovejero, Mauro Ettorre et Laurent Le Coq.

[2] Manufacturing Measurement Analysis of Radiating Systems