Prévenir les catastrophes grâce aux capteurs de nouvelle génération


Alors que le vent et la pluie frappent les pales d’une éolienne, les chercheurs de l’UBC Okanagan surveillent attentivement les écrans, à des centaines de kilomètres, pour déterminer si le revêtement des pales peut résister à l’assaut.

Bien qu’il ne s’agisse que d’un test en laboratoire, les chercheurs s’efforcent d’améliorer la façon dont les structures telles que les turbines, les hélices d’hélicoptères et même les ponts sont surveillées pour détecter l’usure due aux intempéries.

Le changement climatique accroît le besoin d’une meilleure surveillance de l’érosion et de la corrosion dans un large éventail d’industries, de l’aviation au transport maritime et de la production d’énergie renouvelable à la construction, explique Vishal Balasubramanian, étudiant au doctorat à l’UBC Okanagan.

Dans de nombreuses industries, des revêtements résistants à l’usure sont utilisés pour protéger une structure de l’usure érosive. Toutefois, ces revêtements ont une durée de vie limitée et peuvent s’user avec le temps. En conséquence, ces structures revêtues sont périodiquement inspectées pour détecter toute abrasion et toute brèche, qui sont ensuite réparées en recouvrant les zones endommagées.

Actuellement, ces inspections sont effectuées manuellement à l’aide d’une sonde, et Balasubramanian – l’un des nombreux chercheurs travaillant dans le laboratoire Okanagan Microelectronics and Gigahertz Applications (OMEGA) de l’UBC – travaille au développement de capteurs pouvant être intégrés directement dans les revêtements. Cela pourrait éliminer tout risque d’erreurs d’origine humaine et réduire considérablement le temps d’inspection. En intégrant l’intelligence artificielle (IA) et la réalité augmentée (RA) dans ces capteurs embarqués, les chercheurs peuvent surveiller en temps réel l’usure des revêtements mécaniques de protection conçus pour prévenir les pannes catastrophiques.

« En exploitant les technologies d’IA dans nos capteurs à résonateur micro-ondes, nous sommes en mesure de détecter non seulement l’érosion du revêtement au niveau de la surface, mais nous pouvons également distinguer le moment où une couche individuelle est érodée au sein d’un revêtement multicouche », explique Balasubramanian, auteur principal de la recherche récemment publiée dans Communications naturelles.

Certaines études suggèrent que la corrosion des métaux aux États-Unis coûte près de 300 milliards de dollars par an ; plus de trois pour cent du produit intérieur brut de ce pays.

Mais ce n’est pas seulement une question d’argent.

L’érosion peut causer des dommages irréversibles aux surfaces extérieures des ponts, des avions, des voitures et des infrastructures navales, explique Balasubramanian. L’histoire compte une longue liste de catastrophes où l’érosion a été identifiée comme la principale cause de défaillances structurelles qui ont entraîné la perte de milliers de vies – notamment l’effondrement du pont de Gênes en Italie en 2018, la tragédie gazière de Bhopal en Inde en 1984 et celle de Carlsbad en 2000. Incendie d’un gazoduc au Texas.

« Être capable de surveiller et de traiter de manière proactive la dégradation des équipements – en particulier dans des environnements difficiles – peut sans aucun doute sauvegarder des infrastructures importantes et réduire les effets sur la vie humaine », déclare le Dr Mohammad Zarifi, professeur agrégé à l’école d’ingénierie de l’UBCO et chercheur principal à le laboratoire OMEGA. « Depuis plusieurs années, nous développons des capteurs à micro-ondes pour la détection de la glace et l’ajout de technologies plus récentes telles que l’IA et la RA peuvent améliorer l’efficacité de ces capteurs de manière exponentielle. »

Les capteurs nouvellement développés peuvent détecter et localiser la couche d’érosion dans les revêtements multicouches et peuvent également détecter la profondeur d’usure totale des revêtements de protection. Ces informations sont collectées et peuvent fournir aux ingénieurs et aux parties prenantes une compréhension détaillée des dommages potentiels et du danger de pannes.

En laboratoire, le système d’interface différentielle des périphériques réseau a été testé à différentes températures (extrêmement chaudes et froides) et à différents niveaux d’humidité et d’exposition aux UV pour imiter plusieurs environnements difficiles. Le système développé a été testé avec différents types de revêtements et sa réponse a été surveillée dans quatre types différents d’installations expérimentales qui ont effectué les variations souhaitées des paramètres environnementaux.

« Nous avons testé nos capteurs dans certains des environnements les plus difficiles, notamment à diverses températures, humidité et expositions aux UV », explique Balasubramanian. « Nous continuons de repousser les limites de ce à quoi ces capteurs sont capables de résister afin de garder une longueur d’avance sur ce qui se passe dans le monde. »

Pour son travail, Balasubramanian a récemment été récompensé par un prix d’excellence en méthodologie de conception et d’outils de CAO pour microsystèmes décerné par CMC Microsystems et parrainé par COMSOL. Le prix récompense un étudiant diplômé qui démontre une avancée technologique de conception nouvelle avec le plus grand potentiel d’améliorations applicables à la fabrication et au déploiement de microsystèmes.

La recherche a été financée par le ministère de la Défense nationale du Canada, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et la Fondation canadienne pour l’innovation.

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