Méthode et appareillage servant à mesurer l'épaisseur des couches

Aperçu

Pour rendre les opérations aériennes et maritimes plus sécuritaires ou pour évaluer l'intégrité des structures, il faut parfois déterminer la présence de glace ou d'eau sur les surfaces et en mesurer précisément l'épaisseur.

On le fait habituellement par un examen visuel ou tactile, ou en recourant à des capteurs, méthodes qui ne vont pas sans difficulté, car elles requièrent un accès direct à ces surfaces.

Les capacités des techniques de mesure à distance mises au point jusqu'à présent détectent de façon limitée le givre ou le verglas et laissent à désirer lorsqu'il y a présence de bulles d'air ou de particules. D'autre part, les capteurs n'échantillonnent que quelques endroits au lieu d'établir l'état de la surface entière.

En général, ces méthodes exigent aussi un équipement et des procédés dispendieux pour recueillir les données.

On a besoin d'une technique économique pour détecter et mesurer efficacement à distance la pellicule d'eau ou de glace couvrant une surface, peu importe sa transparence. Une telle technologie a été développée. Elle facilite une évaluation optique en recourant à du matériel aisément disponible pour mesurer la réflexion diffuse aux extrémités opposées d'une pellicule d'eau ou de glace et pour quantifier l'épaisseur de la couche de givre, de verglas, de glace ou d'eau.

Transfert de technologie

Cette technologie peut être exploitée sous licence ou perfectionnée dans le cadre d'un accord de collaboration en recherche avec le CNRC. Prière de mentionner le numéro d'identification 11753 en faisant référence à cette possibilité d'affaires.

Applications commerciales

Cette technologie intéressera surtout les avionneurs et les fabricants de véhicules marins, les exploitants d'aérogares et de ports, ainsi que les fabricants d'équipement de maintenance. Les fabricants d'éoliennes et les entreprises connexes s'y intéressent également, car pareille technologie permettrait de détecter le givre qui s'accumule sur les éoliennes.

Fonctionnement

Plusieurs techniques permettent de mesurer l'épaisseur de la glace quand elle est transparente. Bon nombre effectuent les mesures par contact, grâce à l'intégration d'émetteurs, de capteurs ou d'autres dispositifs à la surface. Jusqu'à présent, on a envisagé pour cela des dispositifs électriques, acoustiques, mécaniques et optiques. Ces dispositifs fonctionnant par contact, ils doivent tous être incorporés à la surface sur laquelle sera mesurée la pellicule d'eau ou de glace, ou la toucher. Il en va autant des connexions électriques qui relient les dispositifs à l'enregistreur de données. Pour cette raison, l'installation et l'exploitation des systèmes de mesure par contact coûtent cher. De plus, il est impossible de placer des capteurs à certains endroits, pourtant cruciaux, comme les réservoirs dans les ailes. Obtenir une mesure précise pour la surface entière s'avère difficile quand on ne peut déployer autant de capteurs qu'il le faudrait.

Quand on les examine, on constate que les systèmes de télédétection et de mesure à distance de la glace présentent des lacunes. Ils ne peuvent jauger exactement le givre ou le verglas, font appel à un équipement d'irradiation, de transmission ou de détection coûteux, ou donnent des mesures erronées en raison d'inclusions communes comme les bulles d'air.

La technologie proposée par le CNRC comprend une méthode, un appareillage et une trousse de configuration permettant de détecter et de mesurer par voie optique une couche d'eau ou de glace sur une surface. Cette technologie repose sur la réflexion diffuse aux extrémités opposées de la pellicule et s'applique aux couches aussi bien transparentes que translucides. On détermine l'épaisseur de la couche en calculant l'écart entre le centre des deux réflexions diffuses, puis en appliquant l'indice de réfraction de la couche et les propriétés géométriques d'un faisceau et d'un détecteur par rapport à la surface. La technique est valable pour les couches solides et liquides, et mesure avec précision l'épaisseur de la pellicule de givre, de verglas, de glace ou d'eau.

Pour la télédétection, un laser projette le faisceau concentré à une certaine distance de la surface au moyen d'un dilatateur de faisceau et d'un appareil de focalisation optique usuel. Un appareil photo numérique ou un détecteur à réseau diodique peut être utilisé, avec un téléobjectif pour les applications à distance.

La couche de glace et d'eau mesurée à distance grâce à cette technologie pourrait rehausser considérablement l'exactitude et la plage des valeurs obtenues, et le fait que l'on utilise pour cela de l'équipement standard devrait réduire de façon appréciable les coûts d'installation et d'exploitation, comparativement à d'autres systèmes actuellement en usage.

La technologie est brevetée aux États-Unis.

Avantages

Cette technologie permet de recueillir des mesures plus complètes et fiables sur la pellicule de givre, de verglas, de glace ou d'eau recouvrant une surface. L'existence de glace ou d'eau et l'épaisseur de la couche peuvent être évaluées dans des endroits habituellement inaccessibles avec les méthodes usuelles, par exemple près des réservoirs dans les ailes. Parce qu'elle utilise de l'équipement facile à se procurer, cette technologie pourrait réduire substantiellement les coûts associés à l'obtention de tels relevés.

Brevets

  • Dossier no 11753 du CNRC : Breveté aux États-Unis
  • Patents (en anglais seulement)

Renseignements

Pour en apprendre davantage sur cette technologie, veuillez communiquer avec :

Mark Murphy, Conseiller aux affaires du portefeuille
Téléphone : 709-772-2105
Courriel : Mark.Murphy@nrc-cnrc.gc.ca

Licence rapide

Cette technologie du CNRC peut être utilisée pour la recherche et le développement en vertu du programme de licences rapides. Pour vous en procurer une, veuillez remplir le formulaire de commande de licence rapide.