ARCHIVÉ - Le CNRC et la filière du froid (troisième partie) : autres recherches sur la glace

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Le 06 février 2006— Ottawa (Ontario)

 
 
Le CNRC et la filière du froid
 
 

La recherche sur la neige

 
 

La recherche sur la glace

 
 

Autres recherches sur la glace

 
 

Les instituts du CNRC consacrent du temps, leur expertise et des ressources au perfectionnement de solutions appelées à résoudre divers problèmes associés à la neige et à la glace.

Construction

Outre la rédaction de publications d'une grande utilité pour la population canadienne tels les Codes nationaux de construction ou les Solutions constructives, l'Institut de recherche en construction du CNRC (IRC‑CNRC) poursuit des recherches avant-gardistes afin de rendre les routes, les ponts et les plates-formes de chargement plus sûrs. Les chercheurs de cet institut ont récemment mis au point un béton conduisant l'électricité, léger mais solide, qui fait fondre la glace accumulée. Ce nouveau type de béton est un matériau breveté que l'on peut également utiliser pour les planchers à chauffage radiant dans les habitations.

Zone d'essai de l'IRC-CNRC, avec neige et glace
Zone d'essai de l'IRC-CNRC, avec neige et glace

Dans les années 1950, les employés du Conseil ont usé de leur expertise pour aider le ministère des Affaires du Nord à bâtir Inuvik, la première ville canadienne au nord du cercle polaire arctique. Imaginez les difficultés qu'ils ont dû surmonter pour enfoncer des pieux spéciaux dans le permagel, adapter matériaux et techniques de construction aux conditions climatiques extrêmes, concevoir des systèmes d'approvisionnement d'eau et d'égout en surface et imaginer des moyens pour acheminer les fournitures jusqu'à un chantier aussi lointain que particulier.

À ses débuts, le CNRC dirigeait le Comité associé de la mécanique des sols et de la neige, qui devint le Comité associé de recherches géotechniques en 1945. Il maintint la direction de ce dernier jusqu'en 1990. Par le biais de ses comités, le CNRC a considérablement alimenté la recherche sur le permagel et la glace. Il a notamment participé à des enquêtes et à la rédaction de rapports sur le permagel dans les Territoires du Nord-Ouest et le delta du Mackenzie, cartographié les limites et établi l'importance du permagel, fait des rapports sur la pression des glaces, accueilli des colloques nationaux et internationaux ou y a participé, et a publié des documents majeurs comme The Canadian Snow Survey et The Glossary of Permafrost and Related Ground Ice Terms.

Carottes

Amélioration des aliments congelés

Si la plupart des Canadiens connaissent le rôle du CNRC dans la création du canola et d'autres sources d'aliments, rares sont ceux qui savent que les chercheurs de la Division de la biologie du Conseil ont étudié comment optimiser l'entreposage des fruits, des légumes et de la viande. Dans les années 1950 et 1960, ces scientifiques ont tenté de résoudre le problème de l'accumulation de givre sur les emballages de légumes congelés. C.P. Lentz et Bert Van der Berg ont coopéré avec l'industrie et vérifié divers taux d'humidité dans les entrepôts pour déterminer la rapidité avec laquelle les carottes se détérioraient puis ils ont testé le refroidissement des entrepôts par circulation d'air sans que celui-ci entre en contact avec les légumes. Cette technique avait été baptisée « chambre d'entreposage à double paroi ». Les premiers entrepôts commerciaux de ce genre au Canada et des essais à grande échelle révélèrent que cette technique permettait de conserver les carottes 50 pour cent plus longtemps avant qu'elles se détériorent. Selon M. Van der Berg, le système a largement été employé en Nouvelle-Écosse, au Québec et en Ontario.

Hydraulique

Le CNRC a d'autres liens internationaux avec la glace. En effet, des chercheurs du Centre d'hydraulique canadien du CNRC (CHC-CNRC) ont procédé à de nombreux tests sur des modèles réduits pour aider le Danemark à mettre au point des ceintures anti-glace pour un parc d'éoliennes extra côtier dans ce pays. Plus près de nous, le CHC-CNRC a poursuivi des projets sur le terrain afin de mesurer le poids de la glace sur la plateforme d'exploitation Granite Point, à Cook Inlet, en Alaska. Ces essais rappellent ceux que les mêmes chercheurs ont effectués pour le pont de la Confédération, à l'Île-du-Prince-Édouard. Les scientifiques ont également procédé à des évaluations indispensables de poids de la glace pour l'Office national de l'énergie du Canada, qui réglemente la région extracôtière dans le nord.

Les employés du CHC-CNRC participent depuis longtemps aux travaux de prospection du pétrole et du gaz naturel dans l'Arctique. Ils ont travaillé à la création de terrains d'atterrissage en glace par pulvérisation dans les coins reculés de l'Arctique et participé très activement aux activités d'exploration de la mer de Beaufort (dans les années 1970 et 1980). Ainsi, ils ont poursuivi de nombreux programmes sur le terrain, testé des maquettes et des modèles numériques, et colligé une série unique de rapports sur la mer de Beaufort. Réitérant leurs liens avec cette partie du pays, cet hiver, les chercheurs du CHC-CNRC entreprendront des travaux au large de la plateforme de forage de Devon Canada, à Paktoa (130 kilomètres au nord d'Inuvik), où il faut gérer une île en glace et la banquise.

Le groupe de technologie des régions froides du Centre est reconnu partout dans le monde pour avoir contribué à de nombreux domaines de recherche sur la glace, notamment les propriétés mécaniques de la glace d'eau douce et d'eau salée, l'essai de maquettes de diverses structures dans des conditions de glace, les contraintes que la glace exerce sur les ouvrages maritimes, les vibrations induites par la glace sur les structures, les forces immédiates que subit la coque des navires, les dommages causés aux bâtiments naviguant dans les eaux couvertes de glace, l'évacuation d'urgence des ouvrages extra côtiers dans le nord, la prévision de la glace et celle de la dérive des icebergs.

Brise-glace

Ces spécialistes ont oeuvré en étroite collaboration avec le Service canadien des glaces (SCG) et mis au point les modèles de dérive de la glace dont le SCG se sert pour ses prévisions. Le CHC-CNRC a également créé un modèle de dérive des icebergs qu'on utilise régulièrement dans la région des Grands bancs pour déterminer s'il faut remorquer ou pas certains icebergs. Au courant des années ils ont étudié les propriétés mécaniques de la glace de mer dans le cadre de programmes sur le terrain poursuivis à Resolute et à Nain, au Labrador, mais aussi sur les brise-glace Louis S. St-Laurent et Henry Larsen de la Garde côtière.

Environnement

Le personnel du CCH-CNRC a poursuivi plusieurs années des travaux pour le compte de Transports Canada afin d'actualiser les règlements sur la prévention de la pollution dans l'Arctique et de faire en sorte qu'ils reposent sur une solide base scientifique. Le CCH-CNRC gère les travaux sur les interactions de la glace avec les structures du Programme de recherche et de développement énergétiques en effectuant des recherches sur divers aspects de l'ingénierie dans des conditions de glace. Les travaux importants réalisés dans le cadre de ce programme nous en ont appris davantage sur les surcharges de glace, ce qui a sensiblement concouru à réduire les coûts de développement sans compromettre pour autant la protection de l'environnement ni la sécurité des ouvrages extra côtiers dans la mer de Beaufort.

 
 
Le saviez-vous?
 
 

Dans les années 1960, une équipe du CNRC effectuait des recherches à Churchill, au Manitoba? Ces chercheurs lançaient fusées et ballons pour étudier les conditions météorologiques dans la haute atmosphère. Dans les années 1960, le CNRC prit part aux activités poursuivies à ces installations, initialement bâties à des fins militaires par les gouvernements canadien et américain, en assurant la coordination du programme civil de recherche sur les fusées. À la fin de 1965, l'administration de la Base de lancement de fusées de recherche de Churchill fut cédée au CNRC qui mit alors sur pied sa Direction de recherche sur les installations spatiales.

De concert avec les universités, le CNRC se servit de ces installations lointaines pour lancer des milliers de fusées expérimentales à vocation météorologique ou autre. La Division du génie électrique du CNRC fabriquait les appareils scientifiques et du matériel pour effectuer les relevés sur la température, les conditions météorologiques, la pression et la chimie de la haute atmosphère1. Une grande partie de ce qu'on sait aujourd'hui sur les aurores boréales nous vient des travaux entrepris par les chercheurs du CNRC à la base de Churchill.

 
 

Astronomie

La glace intéresse aussi les chercheurs de l'Institut Herzberg d'astrophysique du CNRC (IHA-CNRC) à Victoria (C.-B.). Ces derniers s'efforcent de répondre à des questions du genre « Qu'est-ce que cette glace peut nous apprendre sur la formation des étoiles et des planètes? »

Les Canadiens savent que la glace apparaît quand la température baisse. La rapidité avec laquelle chute le thermomètre et la pression engendre toutefois différents types de glace. Dans l'espace, la glace a tendance à se former sur les grains de poussière éparpillés dans le milieu interstellaire plutôt que sur des masses d'eau. Lorsqu'une étoile naissante réchauffe ces grains, la glace fond et les émissions qu'elle libère engendrent une signature spectroscopique qui révèle la composition du milieu interstellaire. Cette glace peut ainsi être constituée de H2O, de CO, de H2CO et d'autres molécules.

Selon J.J. Kavelaar, de l'IHA-CNRC, « en analysant la signature spectrale de la glace, on peut établir comment elle s'est formée, ce qui procure de précieux renseignements environnementaux et temporels sur la création des étoiles. »

La signature de la glace formée dans le disque stellaire lors de la genèse des planètes varie aussi avec les conditions prévalentes au moment de sa formation. Récemment, des astronomes ont mesuré la quantité de deutérium que renferment les vieilles comètes et constaté que l'eau et la glace sur ces dernières diffèrent considérablement de celles qu'on trouve sur la Terre. À présent, les scientifiques de l'IHA-CNRC tentent de mettre au point une méthode pour analyser la structure de la glace composant les objets de la ceinture de Kuiper. Leurs découvertes pourraient nous dire à quel endroit autour du Soleil ces objets ont vu le jour, ce qui nous en dirait davantage sur l'histoire des régions extérieures du système solaire.

Récepteurs ALMA de la bande de fréquence 3
Récepteurs ALMA de la bande de fréquence 3

Bien qu'elle ne touche pas directement à la glace, une autre équipe de l'IHA-CNRC conçoit et teste des récepteurs de 100 GHz (dispositifs employés dans les télescopes et d'autres instruments d'astronomie) à partir de matériaux super conducteurs fonctionnant à de très basses températures ( – 269 °C). Une fraction de degré de plus et ces appareils arrêteraient de fonctionner. Pour obtenir les basses températures essentielles à des pièces aussi sensibles, les employés de l'IHA-CNRC recourent à une chambre à vide pour retirer l'air et les autres gaz dans l'équipement.

Aérospatiale

Dans la deuxième partie de cette série, nous mentionnions les célèbres travaux de l'Institut de recherche aérospatiale du CNRC (IRA-CNRC) sur les essais en soufflerie et le givrage des aéronefs. Même si ces travaux se sont étalés sur plus de 70 ans, Myron Oleskiw oriente les recherches du CNRC dans ce domaine depuis une vingtaine d'années. À présent, l'Institut s'intéresse aussi à une nouvelle dimension du givrage des aéronefs.

Krzysztof Szilder, de l'IRA-CNRC, dirige une équipe cherchant à mettre au point des systèmes de testage équivalents qui simuleront le givrage des aéronefs sur ordinateur. Cette approche repose sur une méthode informatique brevetée d'abord créée au CNRC pour reproduire le verglas et l'accumulation de glace sur les lignes de transport d'électricité. Comme il imite la nature, le modèle de M. Szilder permet de prévoir l'aspect, la structure fine et les propriétés physiques des accrétions de glace sur les avions avec plus de précision que le permettent les modèles informatiques existants.

M. Szilder croit que l'industrie et le milieu universitaires s'intéresseront beaucoup à cette méthode novatrice permettant de prévoir le givrage en vol. Il espère que son modèle technique contribuera à réduire les risques en aéronautique, donc à rendre les vols d'avion plus sûrs pour les passagers.

1. C.J. Taylor, « The Churchill Rocket Research Range », Rapport de 1987-1989 de la CLMH, p. 245


Renseignements : Relations avec les médias
Conseil national de recherches Canada
613-991-1431
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