Comment les scientifiques revoient la conception des surfaces pour lutter contre la dangereuse accumulation de glace
La formation de givre est un grave problème de sécurité dans les transports, l’énergie et les infrastructures. L’accumulation de glace peut endommager les avions, affecter l’efficacité des éoliennes et compromettre les systèmes routiers et ferroviaires. En outre, de nombreuses technologies actuelles de lutte contre la formation de givre et de dégivrage reposent sur des systèmes de chauffage à forte consommation d’énergie ou sur des produits chimiques qui peuvent être nocifs pour l’environnement. Le projet SURFICE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, entend concevoir des solutions de remplacement plus intelligentes, plus sûres et plus durables. En se concentrant sur l’ingénierie des surfaces et la science des matériaux, l’équipe a étudié comment de minuscules caractéristiques physiques ou chimiques des surfaces pouvaient empêcher la glace de se former ou d’adhérer.
Une avancée dans la protection contre la glace
L’une des principales percées de SURFICE a été réalisée grâce à une nouvelle approche appelée «icephobicité renforcée par discontinuités». Selon le coordinateur du projet, Carlo Antonini de l’Université de Milano-Bicocca, «les discontinuités représentent un point faible entre la glace et la surface, ce qui lui permet de se détacher plus facilement». Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), les chercheurs ont étudié comment des variations nanométriques ou submillimétriques de l’élasticité de la surface ou de la composition chimique peuvent interrompre le lien entre la glace et une surface. Ces principes ont servi à développer de nouveaux revêtements et traitements de surface qui réduisent l’adhérence sans nécessiter de chaleur ou de produits chimiques. Une étude prometteuse a montré qu’un revêtement à faible adhérence fabriqué à l’aide d’un dépôt chimique en phase vapeur(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) réduisait la formation de glace. Ce revêtement a particulièrement bien fonctionné lorsqu’il a été associé à un système électromécanique qui consomme très peu d’énergie.
Essai de matériaux anti-givrants dans des conditions météorologiques extrêmes
De nombreux matériaux donnent de bons résultats en laboratoire, mais échouent dans des conditions difficiles. SURFICE s’est attaqué très tôt à ce problème en donnant la priorité à la durabilité. «Il est important de concevoir des matériaux et des processus qui intègrent d’emblée la durabilité comme une exigence», explique Carlo Antonini. L’un des chercheurs en début de carrière du projet a mis au point un protocole d’essai complet pour évaluer la résistance des revêtements aux changements de température, à l’humidité et à l’usure mécanique. Les revêtements ont également été évalués du point de vue de la sécurité environnementale. Bien que les substances perfluorées (PFAS) offrent encore de bonnes performances, l’équipe a étudié des alternatives plus sûres, comme les matériaux à base de silicone, afin de se conformer à la réglementation REACH de l’UE et de réduire les risques pour l’environnement.
Technologies anti-givrage pour les avions électriques et les drones
Les nouveaux avions et drones électriques ont une énergie embarquée limitée, ce qui rend les systèmes de dégivrage traditionnels peu pratiques. C’est là qu’interviennent les revêtements passifs de SURFICE. «Une technologie basée sur un revêtement, comme celle proposée par SURFICE, est idéalement passive», explique Carlo Antonini. «De manière plus réaliste, elle peut contribuer à réduire l’énergie nécessaire à l’anti-givrage ou au dégivrage, ce qui est particulièrement important pour les petits aéronefs et les systèmes de nouvelle génération.» Cela pourrait contribuer à réduire l’impact de l’aviation sur le climat tout en rendant les nouveaux systèmes de mobilité plus résistants et plus fiables dans les environnements froids.
Développer les talents dans la recherche pour des solutions anti-givrage durables
La pierre angulaire de SURFICE est son programme de formation. Treize chercheurs en début de carrière ont participé à des projets interdisciplinaires couvrant la science des matériaux, la physique et l’ingénierie. Un tournant décisif s’est produit au cours de la troisième année du projet, lorsque les jeunes chercheurs ont commencé à initier des collaborations au-delà de leurs missions individuelles. «Ils ont commencé à s’entraider pour faire avancer les projets au-delà de ce qui avait été initialement proposé par les superviseurs lors de la préparation de la proposition», se souvient Carlo Antonini. Cet esprit d’équipe a permis d’accélérer les avancées et de jeter les bases des recherches futures.
