Marco Di Renzo récompensé pour ses travaux sur les métamatériaux et les réseaux sans fil

Distinctions Signal

Avec leurs structures changeantes à volonté, les métamatériaux permettent un contrôle inédit de la propagation des ondes pour optimiser les réseaux sans fil. Marco Di Renzo, du Laboratoire des Signaux et Systèmes (L2S - CNRS/CentraleSupélec/Université Paris-Saclay), est un pionnier de ce domaine de recherche, pour lequel il a conçu de nombreux modèles et algorithmes. Il est à présent lauréat du prix Michel Montpetit – Inria, remis par l’Académie des Sciences.

Le développement constant des communications sans fil ne peut se faire qu’en se reposant sur des outils mathématiques et des modèles adaptés. Marco Di Renzo, directeur de recherche CNRS au L2S où il dirige l’équipe « couches physiques intelligentes pour les systèmes de communication », en a fait son cheval de bataille depuis son doctorat, obtenu à l’Université de L’Aquila (Italie).

« Mon activité de recherche porte sur la conception, la modélisation analytique et l’optimisation des performances des systèmes de communication sans fil, indique Marco Di Renzo. Par exemple, des outils mathématiques sont désormais indispensables pour optimiser les réseaux de téléphonie mobile, devenus trop complexes. Mes recherches suivent trois grands axes : la modulation spatiale, la géométrie aléatoire et les métamatériaux. »

La modulation spatiale est une technique de transmission de l’information pour la conception de systèmes de communication à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) à haute efficacité énergétique et faible complexité, ce qui correspond tout particulièrement aux besoins du monde de l’Internet des objets (IoT).
Les travaux de Marco Di Renzo sur la géométrie aléatoire visent à analyser et optimiser les performances des réseaux de téléphonie mobile, comme les systèmes 5G et 6G. « La géométrie aléatoire représente les éléments d’un réseau de téléphonie mobile en un nuage de points, permettant de mettre en équations les indicateurs de performances, précise Marco Di Renzo. Cela permet de prédire et d’optimiser, par exemple, le nombre d’antennes et de stations de base à placer par kilomètre carré pour atteindre le débit désiré. »

Plus récemment, mes contributions portent sur le développement d’approches mathématiques pour la modélisation électromagnétique et l’optimisation des métamatériaux reconfigurables pour des applications aux réseaux de communication sans fil.
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Le troisième axe de recherche de Marco Di Renzo concerne les métamatériaux. « Ces matériaux artificiels présentent des propriétés électromagnétiques qu’on ne retrouve pas dans un matériau naturel. La structure d’un métamatériau reconfigurable s’adapte en temps réel grâce à des circuits électroniques. Cela permet, par exemple, de réfléchir de façon contrôlée les ondes électromagnétiques, en leur donnant les caractéristiques et la direction souhaitées. »

Marco Di Renzo est parmi les premiers à avoir proposé les métamatériaux reconfigurables pour des applications aux réseaux de télécommunications du futur. « Prenons l’exemple d’un réseau 5G. L’approche actuelle consiste à optimiser les stations de bases et les terminaux mobiles conjointement, et à adapter leur fonctionnement à l’environnement, comme une ville. Le déploiement de plusieurs surfaces reconfigurables intelligentes, sur les bâtiments de la ville par exemple, permet d’optimiser la propagation des ondes radio conjointement aux stations de bases et aux terminaux mobiles, ce qui réduit le nombre de stations de base et la consommation de puissance grâce à une utilisation plus efficace des ondes radio », précise Marco Di Renzo.

Les surfaces reconfigurables intelligentes permettent de concevoir des réseaux durables, avec un débit ou une couverture améliorés sans générer d’ondes supplémentaires.
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Marco Di Renzo développe des approches mathématiques afin de modéliser les métamatériaux du point de vue électromagnétique, puis d’optimiser leur utilisation en soutien aux réseaux de communication. Il s’intéresse aussi à la conception de métamatériaux intelligents capables de réfléchir les ondes électromagnétiques pour améliorer la couverture radio et, simultanément, de détecter la puissance et la direction des ondes incidentes. Enfin, il s’intéresse aux surfaces holographiques à entrées et sorties multiples, un type de métamatériau pour la conception de stations de base et de terminaux mobiles à haut débit et faible complexité.

Cette liste de contributions, aussi multiples que cruciales pour le développement et l’optimisation des réseaux sans fil, vaut à Marco Di Renzo d’obtenir une nouvelle récompense avec le prix Michel Montpetit – Inria, remis par l’Académie des Sciences.

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Marco Di Renzo
Directeur de recherche CNRS au L2S