20/06/2011 - Un nouveau capteur autoréparable destiné à mesurer la tension structurelle des matériaux

Menéame

Ingénieurs et chercheurs de la North Carolina State University ont conçu un nouveau capteur capable de mesurer la tension de toutes sortes de matériaux structurels, et de prédire leur comportement face à des événements extrêmes tels que les tremblements de terre ou les explosions. Le dispositif peut être appliqué à un large éventail de matériaux, tels que ceux des avions ou des infrastructures civiles. En plus de cette caractéristique importante, le capteur peut s’autoréparer, dépassant ainsi une limitation historique de ce type de capteurs, qui s’écroulaient généralement sous une pression déterminée. Pour Pablo Javier Piacente.

Le développement par les ingénieurs de l’Université de Caroline du Nord d’un nouveau capteur capable de se réparer, destiné à mesurer la tension des matériaux employés dans tous les types de constructions et de structures, pourrait signifier un progrès important dans le domaine de la prévision du comportement de ces matériaux face à des événements complexes et inattendus, tels que différents phénomènes naturels ou explosions.

Cette avancée importante ouvre la voie à la collecte de données destinées à prendre des décisions sur la base d’informations fiables sur la sécurité structurelle, à la suite de tremblements de terre, d’explosions ou d’évènements inattendus. Le travail a été diffusé par un communiqué de presse de l’Université de Caroline du Nord, ainsi que dans un article publié dans le média spécialisé Smart Materials And Structures.

Les ingénieurs utilisent des capteurs pour mesurer la tension ou les forces exercées sur les matériaux utilisés pour construire tous types de structures, depuis les avions jusqu ' aux bâtiments. Par exemple, ces capteurs peuvent indiquer l’état exact de l’aile d’un avion en vol. Ces informations sont utilisées pour prédire d’éventuels inconvénients à l’avenir.

Ces capteurs permettent ainsi de résoudre un problème structurel avant son apparition. Cependant, un problème traditionnel de ces capteurs est qu’ils peuvent s’effondrer sous certaines pressions, laissant ainsi une information vitale pour les ingénieurs.

Capacité d’autoréparation

Lorsque les capteurs cessent de fonctionner dans des circonstances différentes, leur remplacement par des problèmes d’inaccessibilité est à son tour très complexe, comme dans le cas des avions en vol. Mais cette condition ne signifie pas nécessairement que le matériel évalué a été endommagé irrémédiablement.

C’est là que réside la principale contribution des ingénieurs et chercheurs du Department of Mechanical and Aerospace Engineering de l’Université de Caroline du Nord, car ils ont résolu ce problème en développant un capteur qui est réparé automatiquement quand il cesse de fonctionner.

D’après le Dr. Kara Peters, professeur associé de génie mécanique et aérospatial à l’Université de Caroline du Nord et coauteur de l’article décrivant la recherche, le capteur peut être étiré et compressé avec le matériel à analyser. À cette fin, un système spécifique a été conçu.

Un port infrarouge (IR) passe par le capteur et détecte les changements de longueur, une donnée clé pour déterminer l’ampleur de la tension que le matériau subit. Dans le même temps, un filaments de polymère combiné avec d’autres éléments permet de garantir le caractère auto-réparable du capteur.

Données de sécurité

Au moment où le filaments de polymère cède à certaines conditions de pression, la résine ultraviolette et un liquide spécifique situés dans le dispositif se précipitent et entrent en contact avec le faisceau UV, le durcissant et provoquant la réparation automatique du capteur.

Selon Peters, les événements inattendus qui peuvent rendre inutilisable un capteur mais ne pas effondrer la structure à l’étude sont très importants en termes de prévision des inconvénients futurs dans les matériaux impliqués. Ces événements pourraient être, par exemple, des accrochages d’oiseaux contre les ailes des avions ou des dégâts dans un bâtiment après un tremblement de terre.

La collecte de données sur les effets de ces phénomènes sur les structures peut contribuer à la prise de décisions plus précises et plus informatives, ce qui permet de définir des mesures de sécurité plus efficaces. Cependant, lorsque les capteurs sont inactifs, il n’y a pas de données disponibles pour l’analyse.

À l’avenir, ces nouveaux capteurs autoréparables pourront fournir ces informations à tout moment, sans interrompre leur travail. La présente recherche, développée au Department of Mechanical and Aerospace Engineering de la North Carolina State University, a été financée par la National Science Foundation.

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