Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Dans un contexte où les changements climatiques occupent une place croissante, les tempêtes hivernales, les épisodes de froid extrême et les cycles de gel–dégel peuvent perturber plusieurs secteurs. L’accumulation de glace constitue notamment un risque important pour diverses infrastructures. Par exemple, les réseaux électriques peuvent être sévèrement touchés : l’accumulation de glace peut entraîner la rupture des lignes, privant ainsi plusieurs foyers d’électricité et donc de chauffage en pleine période hivernale. Dans ce même secteur, la glace réduit aussi l’efficacité des éoliennes, diminuant ainsi la quantité d’énergie produite à un moment de l’année où elle est fortement demandée. Des problèmes sont également causés aux ports, puisque la glace peut créer des blocages physiques pour la navigation, ce qui complique le débarquement des biens. Les cycles de gel–dégel causent aussi des bris aux infrastructures. Enfin, les avions sont également touchés, le givrage réduit l’aérodynamisme, ce qui augmente les pertes énergétiques. Toutes ces industries ont trouvé des moyens pour lutter contre la glace, mais plusieurs de ces moyens peuvent être associés à des impacts environnementaux. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des matériaux antigivres, capables de retarder la formation de la glace sans être polluants. Pour concevoir ces matériaux efficacement, il faut être capable de prédire le temps de nucléation sur une surface donnée. Des formules existent déjà, mais elles nécessitent de fabriquer la surface et de mesurer l’angle de contact entre la goutte et la surface. Or, les principales formules de calcul de l’angle de contact décrivent surtout les états limites de Wenzel et de Cassie–Baxter, alors qu’en réalité l’angle se situe fréquemment entre ces deux états. C’est pourquoi, dans ce mémoire, à l’aide de l’optimisation boîte noire, une méthodologie a été développée pour, dans un premier temps, approximer l’angle de contact en réduisant le nombre de mesures coûteuses, à l’aide d’une fonction de transition entre les deux états. Dans un second temps, le temps de nucléation sur une surface donnée est approximé et, finalement, une surface optimale dans le domaine des données mesurées est déterminée. Cette méthodologie a été efficace pour approximer l’angle de contact avec une erreur absolue moyenne en pourcentage (MAPE) de 2,09 %. L’approximation du temps de nucléation présente une MAPE de 27,3 % et, finalement, une surface optimale a également été proposée.