Date de rapport 17-03-2022

Le 28 septembre 2017, l'évènement de lancement de Cubism a eu lieu à l'UPHF. Le concept de fonctionnement des capteurs - de type SAW - a été défini au tout début du projet. Les premiers résultats obtenus avec les capteurs mis en œuvre par le partenariat ont alors permis de valider le principe de fonctionnement par un choix judicieux des matériaux constituant le capteur. Ensuite, l'étude de couches sensibles à l'humidité a commencée. Les premiers prototypes de capteurs à ondes de surface, avec le niobate de lithium comme substrat, ont été élaborés. Un travail de veille scientifique et technologique visant à identifier les matériaux disponibles ou en développement pouvant potentiellement répondre aux contraintes spécifiques de capteurs devant pouvoir fonctionner à des températures pouvant atteindre 500 à 600 °C a débuté. Ces travaux ont été poursuivis et une attention particulière à été consacrée au développement de capteurs vitrocéramiques. Parallèlement, les travaux de modélisation pour l'application visant à déterminer la pression ont été menés. L'objectif final étant de valider le concept du capteur de pression, dont le principe est basé sur la modification du parcours de propagation d'ondes de surface (SAW) sur une lame déformée mécaniquement sous l'action de la pression. L'adhésion des électrodes sur des substrats "haute température" sélectionnées a été améliorée afin de mieux résister à des cycles de séchage à haute température. Un premier design de capteur de pression a été réalisé en vitrocéramique. Au stade actuel, le consortium a validé un premier prototype labo permettant de suivre l'humidité jusqu'à très haute température (600 °C et plus). Le design et la connectique sont optimalisés de façon interactive par modélisation, mise en œuvre des nouveaux designs et vérification/modélisation de la performance. Dès à présent les résultats sont très encourageants. Le concept de l'encapsulation a été défini et les essais de réalisation de l'encapsulation ont été réalisés. La mise en œuvre est en voie d'optimalisation. Des tests en autoclave des capteurs encapsulés ont été réalisés validant le capteur de pression. Des voies de communication ont été créés afin de divulguer les informations et le progrès du projet Cubism. A cet effet, un site web a été créé : http://www.cubism-interreg.eu/ . Un accès au site intranet, donnant accès à la documentation leur réservée, a été donné aux parrains du projet. Dans le cadre de l'événement annuel 2019 du programme Interreg France-Wallonie-Vlaanderen (mardi 19 novembre 2019 à Courtrai) portant sur la digitalisation des projets, le projet CUBISM a été mis à l'honneur au travers d 'une vidéo. Le 10 mars 2020, une session de formation organisée autour de différents ateliers, illustrant les activités et résultats du projet, a eu lieu au CRIBC dans l'après-midi. Le public cible (industriels, étudiants, enseignants en provenance des versants wallon et français) y était représenté. Une téléconférence de formation transfrontalière intitulé "Perspectives des méthodes additives pour la fabrication de composants céramiques et métalliques. Applications au projet CUBISM" a été organisée le 18 mars 2021. L'évènement de clôture a eu lieu le 21 septembre 2021 par webinar. A la suite de l’évènement de clôture, qui a eu lieu le 21 septembre 2021, nous avons notablement eu deux retours des industriels présents. En premier, le Dr. Mathieu DOMBROWSKI (Superviseur produit fonderie haut fourneau chez CALDERYS), qui a tenu à nous féliciter pour les résultats atteints avec les essais pilotes en laboratoire (mesures d’humidité et de pression) et a réitéré son soutien concernant la possibilité d’effectuer des essais in situ chez eux. Il a aussi émis des interrogations concernant la suite du projet. Pour le deuxième retour, le chef de projet de chez TRB, Antoine BALLY a exprimé son contentement à la vue des possibilités de mesures à haute températures au sein du béton réfractaire, par les dernières versions du capteur développé en laboratoire. Il a aussi réaffirmé qu’ils étaient très intéressés pour tester ces capteurs en conditions réelles. Le projet CUBISM est né d’une demande industrielle relative au manque d’outils de mesure nécessaire à l’optimisation des bétons et leurs séchages. Les résultats du projet ont permis d’accomplir des POC - preuve de concept – portant sur la réalisation de capteurs innovants employant la sensibilité des ondes de surface au travers de nouveaux matériaux piézoélectriques. Les capteurs développés durant le projet supportent l'environnement difficile des bétons et sont capables d’effectuer des mesures physiques locales, quantitatives et non triviales, comme l’humidité ou la pression. Deux types de capteurs ont été développés, leurs différences sont liées à la température de fonctionnement. Les premiers, adaptés aux hautes températures (>500°C) concernent les bétons réfractaires. Les seconds, pour les températures ambiantes, sont dédiés au génie civil. Ils ont montré qu’ils étaient aux minimums capables des mêmes mesures du taux d’humidité que les capteurs existants dans le commerce. Or, ces derniers, en présence d’humidité extrême, deviennent inopérants du fait de l’apparition d’une hystérésis fatale au capteur. Cet écueil n’apparaît pas lors des premiers essais effectués en laboratoire avec les capteurs SAW de CUBISM. La validation à l’échelle pilote de ce résultat n’a pu être menée complètement à son terme du fait d’un problème lié au dimensionnement des échantillons malgré les prédictions de la simulation. Un redimensionnement de ces derniers est envisagé afin de s’assurer d’atteindre une humidité extrême en son sein. Ce deuxième essai n’a pas pu être effectué dans le temps imparti au projet du fait de la pandémie lié à la Covid19. En effet, la fermeture des frontières ainsi que la distanciation sociale nous a fait perdre près d’un an d’essais nécessitant la mutualisation des équipements. Il est prévu de mener cet essai manquant à la suite du projet. Concernant la mesure d’humidité à très hautes températures, utiles au séchage des bétons réfractaires, les essais pilote dans un bloc de béton, avec les capteurs SAW protégés par des encapsulations, ont montré de très bons résultats cohérents avec la théorie. D’autres essais pilotes sont prévus afin de valider et de calibrer l’utilisation de la vitrocéramique en tant que support piézoélectrique ainsi que la couche sensible à l’humidité. Concernant la mesure de haute pression gazeuse au sein d’un béton réfractaire, un capteur SAW à base de vitrocéramique a été développé et finalisé pour permettre les premiers essais. Ces derniers ont montré qu’il était possible de mesurer la pression de manière quantitative jusqu’à la valeur de 50 bars. Là aussi d’autres essais supplémentaires prévus n’ont pu être menés dans le temps imparti au projet du fait de la Covid19. Ces essais complémentaires seront effectués après la fin du projet. L’ensemble de ces résultats n’a pu être atteint que grâce à la mutualisation des compétences et des équipements des différents partenaires (BE et FR) mais aussi grâce au maintien d’une démarche collaborative fortement orientée vers l'applicatif en associant dès le départ les partenaires industriels demandeurs.