Into the passing lane

S’engager dans la voie de dépassement

La recherche automobile au pays contribue à créer la voiture de l’avenir
27 novembre 2013

Le drapeau vert a donné le signal du départ. La course vers une voiture plus verte, plus sécuritaire et plus intelligente est lancée. Le prix réservé aux grands champions? Des emplois de qualité, des droits de propriété intellectuelle payants et un essor économique fulgurant.

Le Partenariat automobile du Canada (PAC) ne ménage pas les efforts pour positionner le pays dans le peloton de tête. L’industrie, les établissements d’enseignement et certains des plus importants organismes de financement de la recherche au Canada y participent activement. L’objectif est ambitieux : intégrer des applications révolutionnaires dans de véritables véhicules, et ce, dans quelques années à peine.

La Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) a soutenu cette initiative en participant au financement des infrastructures de recherche essentielles dans des laboratoires partout au pays, qu’il s’agisse de superordinateurs spécialisés, de tomodensitomètres ou de composants assemblés dans l’industrie.

Cet équipement permettra aux Canadiens d’admirer et de se procurer de meilleures voitures. Ces concepts canadiens pourront être intégrés dans les automobiles du monde entier.

Voici un aperçu de ces concepts novateurs.

Un meilleur système de chauffage améliore la climatisation

« Le résultat peut parfois être catastrophique. Ce matériau a tendance à craquer et à se déchirer pendant la fabrication. »

Michael Worswick de la University of Waterloo décrit en ces termes un alliage d’aluminium utilisé dans la fabrication des radiateurs d’automobile. L’alliage est conçu de façon à ce que chacune des parties du radiateur puisse être assemblée, puis soudée à chaud lors d’un processus appelé « brasage ».

Malheureusement, les alliages d’aluminium qui se prêtent bien au brasage sont peu malléables. Et cette caractéristique est importante. En effet, les formes complexes améliorent le flux du liquide de refroidissement et le rendement du fluide de transfert de chaleur.

La solution consiste à appliquer de la chaleur pendant que l’on forge les diverses parties de l’échangeur de chaleur, ce qui permet au métal de s’étirer et d’être plus malléable. M. Worswick et ses collègues, de concert avec leur partenaire de l’industrie, Dana Canada Corporation, cherchent des moyens de mettre en œuvre ce procédé pilote dans une chaîne de montage à grande vitesse en chauffant la feuille d’alliage pendant qu’on lui donne une forme particulière.

Cette technique de « formage à chaud » fonctionne également avec les plaques de refroidissement en métal qui dissipent la chaleur émise par les grosses piles requises dans les voitures électriques. Ces plaques doivent avoir des canaux de refroidissement complexes intégrés, ce qui les font gondoler. Le formage à chaud permet d’éviter ce problème.

Les chercheurs de la University of Waterloo se sont donné un objectif ambitieux : intégrer, d’ici à 2017, une technologie de formage à chaud à des chaînes de montage. Y arriveront-ils? M. Worswick en est persuadé. « Mais non sans étirer nos ressources au maximum », affirme-t-il sans ironie.

Piles à combustible : finies les autopsies

Les piles à combustible pourraient éventuellement remplacer l’essence dans les voitures de l’avenir. Toutefois, mettre cette technologie à la portée d’un vaste public présente de nombreux défis, notamment un coût important. De fait, les piles à combustible finissent par se dégrader et deviennent inutilisables. Le problème le plus fréquent concerne l’assemblage membrane-électrodes qui transforme l’hydrogène en électricité et en eau. Cette détérioration survient au cours de plusieurs procédés chimiques, mécaniques et thermiques difficiles à étudier.

Jusqu’à tout récemment, le seul moyen à la disposition des scientifiques pour comprendre ces procédés était de procéder à une « autopsie », c’est-à-dire découper ou endommager la pile d’une autre manière afin d’en analyser l’intérieur.

Aujourd’hui, Erik Kjeang et ses collègues de la Simon Fraser University font toutefois figure de pionniers dans l’utilisation de tomodensitomètres spécialisés qui permettent de révéler des détails sur la détérioration de la pile à l’échelle nanométrique, et ce, sans la détruire. Grâce aux conclusions de cette étude, leur partenaire de l’industrie, Ballard Power Systems, pourra concevoir et mettre au point des matériaux pour accroître la durée de vie des piles à combustible.

« Plus la pile dure longtemps, explique M. Kjeang, plus elle devient abordable pour son propriétaire. »


 

À l’aide d’un tomodensitomètre, des chercheurs « voient » à l’intérieur
d’une pile à combustible sans l’endommager. Ils peuvent ainsi étudier
sa détérioration au fil du temps. Cette image illustre une section d’une
pile à combustible qui mesure moins d’un millimètre de diamètre.

Mention de source: Avec l’autorisation d’Erik Kjeang

Les voitures électriques : faire fondre la résistance

« Pour quelle raison hésitez-vous à vous acheter une voiture électrique? », demande Gregory Patience de l’École Polytechnique de Montréal.

La réponse est simple : le prix élevé.

Mais cela pourrait bientôt changer. M. Patience et son équipe, de concert avec leur partenaire de l’industrie, Clariant (Canada) inc., se penchent sur une nouvelle technologie pour réduire de moitié le prix des cathodes, une des principales composantes des piles des batteries au lithium-ion des voitures électriques.

Pour ce faire, il faut exposer à des températures élevées les principaux éléments de la cathode ‒ le fer, le lithium et le phosphore ‒ jusqu’à ce qu’ils soient fondus, puis on laisse le mélange se solidifier en refroidissant. Cette approche permet d’utiliser des matériaux moins coûteux tout en engendrant des rendements supérieurs. La fusion permet également de réutiliser des matériaux provenant d’anciennes batteries pour en fabriquer de nouvelles. Grâce à un nouvel équipement de recherche, l’équipe espère porter ce procédé à l’échelle industrielle.

Lorsque ces batteries seront commercialisées, les économies réalisées contribueront assurément à faire fondre une grande partie de la résistance exprimée à l’égard des voitures électriques : en gros, cela représentera des économies de trois à quatre mille dollars sur le prix original.


 

Grâce à des fournaises comme celle-ci hébergées par Clariant (Canada)
inc., des chercheurs transposeront du laboratoire à l’usine un procédé à
haute température pour fabriquer des batteries à lithium-ion.

Mention de source : Michel Gauthier

Voyagez plus léger et économisez de l’essence

Vous ignorez peut-être ce que sont des « longerons avant », mais ces derniers pourraient vous sauver la vie.

Il s’agit de deux colonnes d’acier qui vont du berceau-moteur de l’automobile jusqu’à l’arrière du pare-chocs et dont le rôle consiste à vous protéger en cas de collision frontale.

Cependant, l’acier est lourd. C’est pourquoi Kaan Inal de la University of Waterloo s’applique à concevoir des longerons d’aluminium très résistants pour enlever quelques kilos à la voiture et, en fin de compte, entraîner une économie d’essence.

Au moyen de nouveaux superordinateurs très puissants, M. Inal peut résoudre cette question en se penchant directement sur la structure atomique de l’alliage d’aluminium jusqu’au formage final des longerons. Grâce à ces ordinateurs, le chercheur et ses partenaires de l’industrie, General Motors et le fabricant d’aluminium Sapa, peuvent examiner une multitude de scénarios possibles en construisant des longerons, puis en les écrasant ‒ tout cela dans un monde virtuel.

Mais il ne s’agit pas uniquement de longerons avant. « Ce projet constitue une véritable plateforme technologique, affirme M. Inal. C’est l’avenir de l’ingénierie automobile réunissant divers matériaux et géométries. Aujourd’hui, les longerons avant; demain, une porte ou un berceau-moteur. »