Laboratoire de Patrice Masson

Patrice Masson, ing., PhD

Domaines

Bio-ingénierie et ingénierie du sport; mécatronique; micro-ingénierie; vibrations et acoustique

Thèmes de recherche

Contrôle actif du bruit et des vibrations; instruments médicaux; MEMS; microfabrication;robotique; surveillance embarquée de structures; vibroacoustique

 

 

 

Contrôle actif (de bruit et de vibrations) et structures intelligentes

• En collaboration avec Alain Berry et Philippe Micheau

Le contrôle actif du bruit, aussi appelé absorption acoustique active ou anti-bruit actif, consiste à modifier le champ acoustique au moyen d'actionneurs électro-acoustiques. Dans sa forme la plus simple, un dispositif de contrôle pilote un haut-parleur afin de produire un champ acoustique qui soit l'inverse exact du champ perturbateur. Le haut-parleur annule ainsi la perturbation, et le résultat final est le silence, même si, en pratique, le contrôle actif est quelque chose d'un peu plus compliqué. Le laboratoire de contrôle et transducteur développe de nouvelles stratégies de contrôle du bruit et des vibrations des structures.

• Développement de capteurs dédiés à base de matériaux piézoélectriques.
• Mise au point de stratégies de contrôle semi-actives (matériaux absorbants actifs, dissipation active, etc.).
• Développement de stratégies de contrôle de propagation d’énergie dans les structures (intensité structurale, etc.).
• Développement d’un système de suspension active.

• Système feedforward multicanal : conception de systèmes utilisant un grand nombre de canaux d'entrées et de sorties et utilisant plusieurs DSP (Digital Signal Processor).
• Modélisation par éléments finis de transducteurs piézoélectriques : des modèles par éléments finis sont développés pour décrire et prédire le comportement de capteurs et d'actionneurs piézoélectriques collés aux structures. Ces modèles incluent également l'effet de couches viscoélastiques amortissantes.
• Contrôle du bruit de ventilateurs : réduction du bruit tonal de ventilateurs basse vitesse par des obstructions et du bruit large bande par un design approprié des profils aérodynamiques ou l'ajout d'éléments sur les bords diffractants (dents de scie, pinceaux) ou par soufflage.

Fabrication de micro-actionneurs piézoélectriques

La fabrication de MEMS est souvent réalisée par des technologies issues de la micro-électronique en raison de leur maturité scientifique et économique, de la possibilité d’intégrer les composantes électroniques, de la disponibilité et de la bonne connaissance du silicium. Ces techniques sont bien adaptées pour la fabrication de dispositifs dont le rapport de forme (largeur/profondeur) est faible, c'est à dire de l'ordre du micron en largeur pour quelques microns en profondeur. Des techniques comme le LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) ont été développées pour atteindre des rapports de forme de l'ordre de 1 : 100. Ces techniques nécessitent cependant une infrastructure coûteuse puisqu'elles utilisent des sources de rayons X (synchrotron). Afin de produire des microdispositifs de géométrie complexe, comme requis par les micro-actionneurs de résolution spatiale appropriée pour la surveillance active, des structures de rapports de forme importants (> 1 : 100) devront être fabriquées. Pour ce faire, une solution de remplacement aux techniques coûteuses consiste à utiliser le micro-usinage laser en raison de la très grande flexibilité qu'il offre. En plus de pouvoir usiner des matériaux métalliques et piézocéramiques, le laser permet d'usiner le silicium utilisé pour les circuits intégrés, ce qui permet de maintenir la possibilité d'intégrer les composantes électroniques avec les composantes mécaniques. 

Récupération d’énergie vibratoire à l’aide de microgénérateurs piézoélectriques

• En collaboration avec Luc Fréchette

Afin de réaliser la vision que l’intelligence artificielle puisse être omniprésente dans tout ce qui nous entoure, il sera requis de développer des capteurs sans fils qui perçoivent notre environnement et interagissent avec lui. Les sources de puissance à petite échelle pour alimenter ces capteurs sont par contre une limitation technologique importante qui restreint la réalisation de cette vision. Nous développons des approches pour générer de l’électricité à partir de sources d’énergie environnantes, telles que la vibration des structures, la chaleur rejetée et les écoulements. En particulier, nous appliquons les principes de microfabrication avec des matériaux piézoélectriques afin de créer des générateurs miniatures à faible coût qui puissent être intégrables avec des capteurs MEMS.

• Développement d’un microgénérateur résonant pour les applications automobiles.
• Étude de faisabilité pour la récupération d’énergie vibratoire sur les structures d’avion pour la surveillance de l’état des structures (SHM).
• Méthodes de microfabrication pour les MEMS piezo en couches épaisses.
• Développement d’un microgénérateur biomécanique intégré au corps humain.

Surveillance embarquée de structures

• En collaboration avec Philippe Micheau

La surveillance embarquée des structures, aussi appelée « Structural Health Monitoring », vise à permettre l’inspection d’une structure par l’utilisation de capteurs et d’actionneurs installés en permanence sur celle-ci. Cette approche est particulièrement attrayante en aéronautique afin de limiter le temps requis, et donc le coût, pour les inspections périodiques manuelles des structures des avions. Les approches développées exploitent la propagation d’ondes ultrasonores guidées et leur interaction avec d’éventuels défauts dans les structures. Les capteurs et actionneurs utilisés sont de type piézoélectrique, et des algorithmes sont développés pour générer et traiter les signaux mesurés afin d'en extraire une information corrélée à la présence, à la taille et à la localisation des défauts.

• Conception d’actionneurs compacts exploitant les matériaux actifs par micro-usinage.
• Analyse prédictive des signaux pour la détection de défauts dans les matériaux composites.
• Développement d’approches de caractérisation de la propagation vibratoire dans les matériaux composites.
• Développement d’outils de modélisation par éléments spectraux pour la propagation d’ondes ultrasonores guidées.
• Étude de la propagation des ondes ultrasonores dans les structures complexes (raidies, doublées, rivetées, collées, etc.).
• Étude de l’interaction des ondes ultrasonores guidées avec les défauts dans des structures métalliques et composites.
• Algorithmes d’imagerie pour le traitement d’antennes de capteurs ou d’actionneurs.