Histoires de réussite

Prévention du givrage au moyen de capteurs microondes

À l’heure actuelle, des capteurs sophistiqués font quasiment partie de chaque aspect de notre environnement quotidien. Toutefois, même aujourd’hui, des pilotes d’avion et des techniciens de maintenance éolienne se fient à l’inspection visuelle pour évaluer l’accumulation de glace, dont les répercussions peuvent être désastreuses.

Cet état de choses a piqué la curiosité de Mohammad Zarifi, professeur adjoint en génie électrique à l’école d’ingénieurs de l’Université de la Colombie-Britannique (UCB).

Il compte déjà à son actif des travaux de recherche postdoctorale révolutionnaires sur les capteurs microondes planaires à l’Université de l’Alberta, notamment pour les secteurs pétrolier et gazier. Il s’est donc posé la question de savoir dans quelle mesure ces technologies de détection peu coûteuses, ultrasensibles et renforcées pourraient contribuer à la résolution de ce problème qui survient par temps froid.

Il a abordé la question avec son collègue Kevin Golovin, professeur adjoint en génie mécanique à l’UCB et expert en antigivrage et dégivrage des surfaces. « Nous avons partagé nos connaissances préalables respectives et après quelques tasses de café, avons décidé de faire quelque chose. »

En canalisant judicieusement les qualités intellectuelles et pratiques de son équipe d’étudiants de deuxième et de troisième cycle du laboratoire (OMEGA) de microélectronique et d’applications gigahertz de l’UCB, Mohammad leur a demandé de mener des « expériences spontanées » afin de déterminer si les générateurs d’hyperfréquences à semi-conducteurs sont sensibles aux propriétés diélectriques de la neige et de la glace. À la présentation des résultats, se souvient-il, « Nous avons compris que nous pouvons réaliser quelque chose de grandiose ici. »

Bien que les capteurs microondes aient été utilisés dans d’autres applications, la recherche effectuée par Mohammad et son équipe a été la première du genre à montrer que les résonateurs hyperfréquences pourraient servir pour la détection de la glace et du gel. Une recherche ultérieure a abouti à la création d’un capteur doté d’une sensibilité et d’une précision accrues, capable de détecter la formation de glace en quelques secondes en temps réel. Il s’agit d’une avancée significative par rapport aux systèmes de détection existants, qui nécessitent que la glace se forme, puis fonde afin de déterminer l’accumulation.

Par ailleurs, l’équipe de Mohammad a recouvert son capteur d’un matériau superhydrophobe afin d’évaluer la manière dont ces revêtements pourraient affecter l’accumulation de glace. « Cette expérience a montré la manière dont ces revêtements pourraient retarder l’accumulation de glace sur les surfaces », a déclaré Mohammad. « Elle offre des perspectives à une pléthore de nouvelles applications. »

« Le prof. Mohammad Zarifi utilise des technologies de détection peu coûteuses, ultra-sensibles et robustes pour améliorer la sécurité dans les environnements froids. »

L’éolienne constitue l’une de ces applications. « Les opérateurs de parcs éoliens nous ont révélé qu’ils ne peuvent pas déterminer si la glace influence la production d’énergie jusqu’à ce qu’ils aperçoivent de la glace ou remarquent une baisse dans la production énergique », a-t-il affirmé. « Ainsi, nous avons apporté certaines modifications et améliorations techniques à l’ensemble des circuits de lecture afin de les rendre plus flexibles et de mettre en œuvre des structures de formes différentes. »

Les améliorations de capteurs les plus récentes apportées par Mohammad comprennent la détection de la glace d’eau salée. Son équipe travaille également sur les antennes sans fil équipées de capteurs de détection de givrage destinés aux réseaux de grande superficie tels que les éoliennes.

Ces travaux ont donné lieu à des publications abondamment citées et au dépôt d’au moins trois brevets, suscitant l’intérêt d’organismes de financement et de partenaires industriels, notamment celui du ministère de la Défense nationale et du Conseil national de la recherche, qui testera ses capteurs sur ses éoliennes. En outre, des partenaires commerciaux américains et norvégiens procéderont à l’essai de ses capteurs sur des éoliennes et des drones.

Soulignons le parcours déjà exceptionnel de ce chercheur en début de carrière qui n’a rejoint l’UCB qu’en 2017. De son aveu, la clé du succès réside dans la collaboration. Il rappelle toutefois qu’il doit également sa réussite à sa capacité à mener des recherches de manière ininterrompue. Il attribue cet environnement favorable de recherche à CMC Microsystèmes, qui soutient ses travaux de recherche depuis qu’il est étudiant.

« Grâce à CMC, mes travaux n’ont jamais été interrompus par manque d’équipement ou d’expertise », ajoute-t-il. « Lorsque vous débutez votre carrière ou allez dans une nouvelle université, vos travaux de recherche peuvent être interrompus pendant six à neuf mois, simplement en raison du manque d’accès aux instruments adéquats pour mener à bien ces travaux. Je n’ai jamais connu pareille période d’inactivité. »

Le soutien de CMC a consisté en l’offre de logiciels, de matériel, de subventions à la fabrication et d’accès à des laboratoires de fabrication, ainsi que des prêts gratuits d’équipements onéreux de test et d’analyse de qualité industrielle. « Ce soutien a également pris la forme de l’accompagnement de mes étudiants par le personnel », a-t-il renchéri. « CMC favorise l’apprentissage de mes étudiants et les rend compétitifs dans le secteur de l’ingénierie. L’impact de CMC est considérable. CMC assure la promotion de mes travaux de recherche. »

Photo : Gracieuseté de Mohammed Zarifi

mars 2021

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