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Les matériaux intelligents, nouveaux passagers des transports aériens

Par Martin Primeau
19 juin 2024 - Source : Magazine Poly  | VersionPDFdisponible (Été 2024)
19 juin 2024 - Source : Magazine Poly
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Professeure Sampada Bodkhe, titulaire de la Chaire de recherche en fabrication avancée de structures adaptatives multifonctionnelles
La Pre Sampada Bodkhe, responsable de la Chaire de recherche en fabrication avancée de structures adaptatives multifonctionnelles.


Dans son laboratoire de Polytechnique Montréal, la Pre Sampada Bodkhe travaille sur des projets aussi éclectiques qu’intrigants qui ont tous pour point commun des matériaux dits « intelligents ». Bienvenue dans ce monde où on cherche à exploiter les propriétés mécaniques de matériaux… qui travaillent tout seuls.

Des panneaux solaires qui se tournent naturellement vers la lumière, des dispositifs récupérateurs d’énergie ou des capteurs de pression sanguine microscopiques : voilà seulement quelques-unes des avenues envisagées pour ces matériaux hors du commun. L’expression regroupe différentes catégories de matériaux ayant chacun une propriété intrinsèque qu’on aimerait exploiter, et ce, sans l’intermédiaire d’une aide informatique.

Les alliages à mémoire de forme, par exemple, reprennent leur forme originale après avoir été déformés sous l'effet de la chaleur. Les polymères électroactifs, eux, changent plutôt de forme sous l’action d’un champ électrique, à la manière de nos muscles. On pense d’ailleurs les utiliser comme muscles artificiels et les intégrer à des robots.

À l’inverse, les matériaux piézoélectriques génèrent une charge électrique lorsqu’on les plie, les étire ou les écrase. On les utilise, par exemple, dans les ailes d’avions, pour détecter des vibrations inhabituelles et ainsi procéder à la maintenance au bon moment.

Les hydrogels intelligents constituent une autre catégorie de matériaux intelligents. Ceux-là réagissent à des stimuli environnementaux comme le pH ou la température. On les envisage comme dispositifs de libération contrôlée de médicaments, par exemple.

Certaines applications concrètes de ces matériaux existent déjà. Pour d’autres, du travail reste à faire. Et c’est là que la contribution de scientifiques comme Sampada Bodkhe, professeure adjointe au Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal, devient précieuse.

De grandes promesses en aéronautique

Par un chemin sinueux qui l’a conduite de Bangalore et Kanpur, en Inde, à Zurich, en Suisse, puis à Montréal, Sampada Bodkhe a fait du monde des matériaux intelligents son terrain de jeu. Depuis 2021, elle pilote à Polytechnique le Laboratoire des structures intelligentes, où l’on développe des applications pour répondre à des problèmes en transport, en santé, et dans une panoplie d’autres secteurs, dont l’aéronautique.

Poussée à l’innovation pour réduire ses émissions de GES, cette industrie cherche à fabriquer des avions plus économes en énergie, et par conséquent, plus légers. Pour cette raison, les matériaux composites ont pris la place du métal dans la fabrication de certaines pièces. Mais le travail n’est pas terminé, et la Pre Bodkhe espère remplacer certaines autres composantes par des matériaux intelligents. Elle cible notamment les actionneurs hydrauliques et mécaniques, des systèmes complexes et lourds qui gèrent le mouvement des gouvernes ou le déploiement du train d’atterrissage. « Tout ce qui nécessite un effort mécanique important repose sur le travail d’actionneurs, explique-t-elle. Or, ces pièces sont grosses et lourdes. On aimerait les remplacer par des systèmes à base d’alliages à mémoire de forme qui seraient capables de générer les mêmes mouvements, mais avec moins d’énergie et en ajoutant moins de poids à l’appareil. »

Les matériaux intelligents ont toutefois un défaut important : ils ne supportent pas de charge. Impossible donc de s’en remettre à eux pour encaisser une pression ou un choc. Pour les utiliser en aéronautique, il faut donc envisager de les jumeler à des matériaux composites capables de compenser par leurs caractéristiques mécaniques et structurelles. Et pour y arriver, l’équipe de la professeure Bodkhe s’en remet à l’impression 3D.

Une chaire en fabrication additive

Le projet a démarré il y a quelques mois avec l’appui de la Fondation canadienne pour l'innovation, du gouvernement du Québec et du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, ce dernier ayant même octroyé à la Pre Bodkhe en 2023 la Chaire de recherche en fabrication avancée de structures adaptatives multifonctionnelles.

« Notre objectif est double, explique la jeune chercheuse. Sur un plan fondamental, nous souhaitons caractériser la relation entre les différents matériaux, le processus de fabrication et les propriétés finales du matériau multifonctionnel. Sur un plan plus appliqué, nous souhaitons développer des techniques de conception et de fabrication de composants d'avion complexes intégrant ces nouveaux matériaux. »

« Pour l’instant, nous travaillons seulement avec de petites imprimantes 3D pour démontrer la faisabilité de notre approche, ajoute-t-elle. Mais l’idée est d’être capable de mettre à l’échelle nos procédés de fabrication en vue de concevoir de grandes pièces. »

Bien que centrés présentement sur l’aérospatiale, les travaux de son équipe devraient selon elle avoir des répercussions dans plusieurs autres domaines, dont l’automobile, l’énergie, la médecine et le sport. « On commence seulement à voir les premières applications de ces matériaux, c’est très excitant de faire partie de cette aventure! », confie-t-elle.

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