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Des nanocapteurs bon marché pour la maintenance prédictive

Les chercheurs de PolyU, l'Université Polytechnique de Hong-Kong, ont développé de nouveaux capteurs à ultrasons en nanocomposites, adaptables à des géométries complexes, tels que des rails ou des structures d’avion. Ces capteurs peuvent être assemblés en réseau, et fournir des informations en temps réel sur l’état interne des matériaux.

Surveiller l’intégrité mécanique interne d’une structure par contrôle non destructif passe par l’utilisation de capteurs à ultrasons, tels que ceux fabriqués en Titano-Zirconate de Plomb (PZT). La multiplication des capteurs utilisés sur une même pièce est aujourd’hui limitée à cause de leur rigidité, de leurs coûts et de leur poids. Les nanocomposites développés par l’équipe de PolyU peuvent être fabriqués en grande quantité, être assemblés en réseau dense pour un coût de fabrication beaucoup plus faible que l’utilisation de ceux en PZT.

"Ce capteur nanocomposite a ouvert la voie à la détection in situ des vibrations, ou la surveillance de la santé structurale grâce aux ultrasons, en établissant un équilibre entre le « coût de détection », c’est-à-dire le coût des capteurs et l’efficacité du capteur, c’est-à-dire le volume de donnée acquis par les capteurs", a déclaré le professeur Su.

Pour ce faire, le capteur doit être composé d’un nano-enduit conducteur (appelé charge) comme le sont les nanotubes de carbone, la fibre de carbone, le graphène ou le noir de carbone. Parmi l’ensemble de ces formes, l’équipe de PolyU a choisi d’utiliser le noir de carbone à cause de sa plus grande surface spécifique avec des nanoparticules conductrices dans une matrice de fluorure de polyvinylidène (PVDF).

La nano-échelle des charges leur permet d’être dispersées uniformément dans les matrices polymères. La coalescence entre les polymères et les charges confère à la substance des caractéristiques attrayantes et uniques telles qu’une faible densité, une grande flexibilité, une excellente stabilité chimique et de bonnes propriétés électromécaniques.

Les matières premières de ce nouveau capteur sont disponibles en grandes quantités et sont bon marché. Cela permettra de multiplier le nombre de capteurs, d’améliorer la localisation des défauts dans la structure d’un matériau. Ces nanocomposites flexibles coûtent 20 fois moins cher que ceux utilisés actuellement dans l’industrie et ne pèsent que 40 mg chacun. Ces caractéristiques permettent une gamme d’utilisation plus étendue que les capteurs classiques et s’adaptent à des formes courbes.

Le dispositif mis au point fonctionne à des fréquences allant jusqu’à 900 kHz, soit 400 fois plus que les capteurs constitués de nanocomposites actuellement disponibles. Cette caractéristique permet une utilisation sur plusieurs types de matériaux tel que les métaux et les composites. Les premiers tests montrent que les fissures de l’ordre du millimètre sont d’ores et déjà détectables.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

HKPU

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