5G : Résultats du projet DiThAA au cœur des enjeux de l’internet à bord des avions

NAE délivre les résultats du projet DiThAA (Dissipation Thermique pour les Antennes Actives), au cœur des enjeux de la communication 5G et de l’internet à bord des avions

A l’heure de l’électrification des systèmes, de l’avion plus vert et de la décarbonation, l’utilisation de nouvelles technologies est un levier indispensable pour atteindre cette ambition. Pour garantir leur mise en œuvre plus rapide, il est nécessaire de valider leur fiabilité.

NAE, qui a fait de la Normandie un acteur reconnu sur ce sujet, a ainsi coordonné durant 2 ans le projet DiThAA pour le développement de nouvelles solutions de refroidissement pour les systèmes de communication 5G et Internet à bord des avions grâce à la miniaturisation des antennes (antennes actives).

La technologie d’antenne active est difficile à maîtriser car elle présente la problématique de dissipation thermique du fait d’une miniaturisation accrue et d’une augmentation de la puissance émise associée dans un volume qui se réduit. Il est donc indispensable de s’assurer de la fiabilité d’un tel système. DiThAA (projet Dissipation thermique des antennes actives) a permis d’explorer deux pistes de solutions de refroidissement innovantes pour lever ce verrou.

Coordonné par NAE, DiThAA était porté par plusieurs partenaires : AREELIS Technologies, ESIGELEC au travers de son laboratoire de recherche l’IRSEEM, INSA Rouen Normandie avec le LMN, NXP et SAFRAN, avec le soutien de la Région Normandie et du FEDER. Initié en janvier 2020, le projet s’est achevé en juin 2022.

Deux cas d’usages ont été explorés :

• Antenne active pour la communication 5G, avec NXP

L’objectif était de diminuer le volume d’intégration de la solution de 75% tout en gardant les mêmes performances de la liaison radio ; dans le cas de la communication 5G, les systèmes peuvent être situés un peu partout dans les villes et les immeubles, et doivent donc être facile à installer.

• Antenne active pour l’internet à bord d’un avion civil, avec SAFRAN data System

L’objectif était de minimiser l’épaisseur du dispositif de refroidissement ainsi que la surface d’échange tout en gardant les mêmes performances ; dans le cas de l’aéronautique, les systèmes se doivent d’être légers et peu énergivores, voire passifs.

L’objectif commun étant de trouver une solution facilement intégrable.

Deux types de technologies ont été identifiées comme pertinentes suite à l’étude « Dissipation Thermique » menée par NAE ^[1] et ont fait l’objet de preuves de concept :

• Une solution à base de matériaux à changement de phase développée par AREELIS Technologies et accompagné par l’INSA de Rouen Normandie
• Une solution à base de thermoélectricité développée par le laboratoire IRSEEM de l’ESIGELEC

Ces preuves de concept ont permis de réaliser des investigations scientifiques et de dégager les conclusions suivantes :

• La solution de refroidissement Thermoélectricité (TE) à base de module Peltier répond au cahier des charges en termes de gain volumique du système dans toutes les conditions de fonctionnement. Le pilotage du module Peltier permet aussi de réguler ce refroidissement en fonction des manœuvres du panneau d’antennes, ce qui n’est pas possible avec la solution originelle plus volumineuse. Toutefois, cette solution présente l’inconvénient de nécessiter son couplage à un dissipateur et à un ventilateur, ce qui est contraignant pour l’aéronautique (internet à bord d’un avion), moins pour le secteur du bâtiment (antenne 5G).

• La solution à base de matériaux à changement de phase (MCP) répond au cahier des charges en termes de gain volumique mais n’est pas adaptée aux systèmes étudiés. En effet, cette solution, qui ne nécessite pas d’apport externe en énergie, ne parvient pas à compenser le delta entre la cinétique de réaction du MCP et la vitesse de montée en température des puces des antennes actives. Cependant, ces enseignements permettent d’envisager l’étude de la technologie MCP sur d’autres systèmes tels que l’électronique de puissance.

Le projet DiThAA s’inscrit dans la feuille de route Fiabilité des Systèmes et des Composants de NAE et prolonge la dynamique de projets tels que AUDACE, First MFP, Siemstack, CRIOS. Grâce aux avancées technologiques, solutions envisagées et montées en compétences, ils faciliteront l’émergence de nouveaux projets mais aussi le développement de nouveaux produits intégrant ces technologies dans le futur.

Ce travail initié en Normandie porte ses fruits au niveau national et pourra notamment s’intégrer dans les discussions lors du prochain National Reliability Technology Workshop qui se tiendra le 16 mars 2023 ^[2] sur le Technopôle du Madrillet. Organisé sous l’égide du CFF – Centre Français de la Fiabilité, animé conjointement par NAE et les pôles NextMove et ASTech Paris Région, ce workshop réunira l’ensemble de la communauté Fiabilité afin d’échanger sur l’influence de la température sur la fiabilité des systèmes et des composants électroniques.

 ^[1] Dissipation thermique dans les composants/systèmes électroniques

 ^[2] National Reliability Technology Workshop