La durée de vie normale des infrastructures canadiennes cruciales telles que les ponts, les tunnels et les garages à étages pourrait bientôt dépasser 100 ans, grâce aux matériaux et à la technologie mis au point dans le cadre d’un partenariat de recherche vieux de deux décennies entre l’Université de Sherbrooke et Pultrall inc.

Dirigées par l’ingénieur civil Brahim Benmokrane, ces recherches ont mis au point des façons d’utiliser la fibre de verre et des composites à base de fibres de carbone pour renforcer le béton plutôt que d’utiliser les tiges d’acier classiques. Le raffinement et la commercialisation de ces nouveaux matériaux ont permis aux partenaires de remporter en 2010 un prix Synergie pour l’innovation du CRSNG.

La corrosion des barres d’armature en acier, particulièrement dans les endroits exposés au sel de voirie, est la principale raison pour laquelle les structures en béton commencent à s’effriter après seulement 30 ans. Par comparaison, les composites sont pratiquement à l’épreuve du sel et d’autres produits chimiques. Ils ont également une résistance à la traction deux fois supérieure, pèsent un quart du poids des barres et ne conduisent pas l’électricité.

Outre qu’elle triple la durée de vie d’innombrables ouvrages de béton, cette nouvelle technologie améliorera leur sécurité et réduira de façon considérable leurs coûts d’entretien. Actuellement, à l’échelle du pays, on estime à 74 milliards de dollars le coût des réparations requises aux ponts et autres ouvrages de béton.

Les barres d’armature faites de composites, mises en marché sous le nom de V-ROD, sont devenues le produit phare de Pultrall après leur lancement mondial en 2001 dans le cadre d’un projet de renforcement d’un pont construit à Wotton, au Québec. Depuis, elles ont été utilisées dans des centaines de projets réalisés dans le monde entier et ont aidé à la croissance de Pultrall, qui compte maintenant 75 employés et génère des ventes annuelles de plus de 10 millions de dollars.

Le rôle joué par M. Benmokrane, expert de renommée mondiale dans l’utilisation de composites polymériques renforcés de fibres comme armature pour le béton, a consisté à mettre au point la bonne combinaison de fibres et de résines et à optimiser la performance du produit à l’aide de nouveaux procédés de fabrication. Il a également contribué aux essais et à la validation, des étapes indispensables pour montrer aux responsables de la réglementation et à l’industrie de la construction que ce nouveau matériau est sûr et fiable. Les répercussions plus étendues de ses travaux comprennent l’intégration des résultats dans de nombreuses normes et lignes directrices. Les recherches continues qu’effectue M. Benmokrane sur les matériaux et les technologies ont le potentiel de révolutionner l’industrie de la construction et peuvent aussi être appliquées à d’autres fins dans le domaine du génie civil.

Dans leurs efforts pour concevoir des automobiles plus légères, les chercheurs mettent à l’essai de nouveaux alliages afin de trouver des solutions de rechange aux matériaux classiques. Ahmet Alpas, professeur au Département de génie mécanique, automobile et des matériaux de la University of Windsor, a travaillé en partenariat avec General Motors du Canada Limitée (GM) afin de produire des composantes métalliques légères pour la production de véhicules éconergétiques. Titulaire de la Chaire de recherche industrielle CRSNG-General Motors du Canada en tribologie des matériaux légers depuis 2002, M. Alpas et son équipe ont fait d’importantes contributions au perfectionnement des matériaux légers qui profiteront à l’industrie automobile et à de nombreux autres secteurs canadiens.

L’un des résultats majeurs de ce partenariat de recherche est le développement de la nouvelle génération de moteurs à combustion interne non chemisés en alliage d’aluminium et de silicium. Ce moteur fait d’un alliage léger offre une efficacité et une durabilité exceptionnelles et améliore l’économie de carburant, ce qui réduit son incidence environnementale. M. Alpas et son équipe ont également effectué des recherches fondamentales sur les mécanismes de la friction, de l’usure et de l’adhésion des métaux légers au niveau microstructural. Grâce à leurs recherches, ils ont pu créer de nouveaux modèles qui prévoient mieux la réaction micromécanique des alliages d’aluminium et de silicium et permettent d’améliorer la résistance à l’usure due au glissement. L’équipe a également mis au point de nouvelles méthodes servant à évaluer une large gamme de revêtements pour outils et segments de piston et a montré que les revêtements dont la constitution chimique ressemble à celle du diamant éliminent essentiellement le transfert de l’aluminium par adhérence. Les résultats de ces études ont fourni aux ingénieurs d’importants renseignements sur la durabilité des futures composantes des moteurs légers, ainsi qu’une orientation pour le choix de revêtements d’outils pour les procédés de coupe des métaux légers.

Les recherches de cette équipe sur la friction ont également mené à des améliorations des procédés de fabrication de GM du Canada. Elles ont montré qu’il est possible d’utiliser seulement quelques millilitres de liquide de coupe des métaux, ce qui réduit grandement le nombre de litres de liquide de refroidissement utilisés pour l’usinage classique sous un flot abondant de liquide et prolonge la durée de vie des outils de coupe et de forme. Les chercheurs ont pu concevoir une technologie simple et rentable qui a permis d’usiner de façon écologique des composantes du groupe motopropulseur et d’autres pièces coulées d’aluminium et de magnésium.

Les résultats des recherches fondamentales effectuées par les membres de l’équipe de M. Alpas et de GM du Canada ont été largement publiés. Ces résultats ont préparé la voie aux progrès futurs dans le domaine des matériaux légers qui peuvent être adaptés pour des applications particulières dans un large éventail de secteurs industriels tels que les outils et les matrices, l’aérospatial, les mines et l’électronique.

Étant un composant de l’ADN et un ingrédient important dans les engrais, le phosphore est essentiel à tous les organismes vivants. Toutefois, on ne peut pas l’extraire, ni le fabriquer ni le remplacer, et les ressources mondiales sont restreintes. En effet, le Maroc et la Chine possèdent les seules grandes réserves de phosphate naturel, et on prévoit que l’on devrait atteindre le « pic du phosphore » vers 2035.

Pour contrer les effets de cet approvisionnement limité de phosphore, M. Mavinic et les membres de son équipe de recherche au Département de génie civil de la University of British Columbia ont mis au point une technologie qui récupère 85 p. 100 des phosphates présents dans les eaux usées et les convertit en un type novateur d’engrais. La technologie a été octroyée sous licence à Ostara Nutrient Recovery Technologies Inc. en 2005, et elle est passée du projet pilote à l’utilisation à grande échelle. Avec l’aide de plusieurs partenaires (Stantec Consulting Ltd., Metro Vancouver, EPCOR Water Services Inc. et Clean Water Services Ltd.), le premier réacteur PEARL a commencé à fonctionner à la station d’épuration des eaux usées Gold Bar d’Edmonton en mai 2007.

Le réacteur PEARL réduit les coûts d’exploitation des stations de traitement des eaux usées et présente des avantages importants pour l’environnement. Dans les stations d’épuration, le phosphore est un problème qui entraîne des coûts de plusieurs millions de dollars. En effet, il forme un composé cristallin appelé struvite qui s’accumule sur les parois internes des tuyaux de la station, ce qui nécessite un entretien coûteux. Le réacteur PEARL recueille ce phosphore, qui est emballé par Ostara et vendu comme engrais sous l’appellation Crystal Green. Cet engrais convient aux utilisateurs commerciaux, notamment les pépinières, les gazonnières et les terrains de golf, qui requièrent la libération lente des éléments nutritifs. Grâce à la vente d’engrais, le système de récupération des nutriments sera rentabilisé en cinq à sept ans.

Ostara possède des extracteurs à Portland (Oregon) et à Suffolk (Virginie), et des travaux sont en cours en vue d’exploiter des réacteurs en Chine dans un proche avenir. Entretemps, la Ville d’Edmonton construit une installation qui comportera quatre réacteurs additionnels qui traiteront l’ensemble de ses eaux usées et, d’ici 2012, elle sera la première ville à adopter pleinement cette technologie de récupération.

Établi en 1990, le McGill Metals Processing Centre (MMPC) est un centre de recherche canadien dynamique qui a été créé pour la réalisation de projets de recherche sur le traitement et la production de matériaux métallurgiques perfectionnés. Dirigé par Roderick Guthrie, directeur, et Mihaiela Isac, gestionnaire de la recherche, le centre met en œuvre un programme de recherche axé sur l’élaboration et la description quantitative d’activités propres au traitement des métaux liquides et solides. Des membres du milieu universitaire entreprennent des programmes de recherche fondamentale et appliquée novateurs et de haut niveau, apportent des contributions originales à la documentation publiée antérieurement et forment des étudiants exceptionnellement compétents. Le centre fournit aux chercheurs des installations de première classe et du matériel de pointe afin qu’ils puissent faire concurrence aux meilleurs chercheurs du monde.

Conformément à son mandat, qui consiste à effectuer de la recherche générique en traitement des métaux, et dans le but de fournir un programme qui intéresse et préoccupe actuellement les partenaires industriels, le centre tient des rencontres annuelles d’examen des progrès. Au cours de ces rencontres, des membres du milieu universitaire, d’éminents conférenciers et des partenaires industriels du monde entier font des présentations sur les derniers progrès et les dernières tendances en métallurgie extractive. Des étudiants des cycles supérieurs participent directement aux rencontres en donnant des présentations, en exposant des affiches techniques et en faisant des démonstrations en laboratoire pour les membres d’un conseil consultatif international et les invités.

Actuellement, quelque 20 importantes entreprises internationales de l’industrie des métaux ferreux et légers sont des entreprises partenaires. Ainsi, le MMPC est devenu un véritable centre international de métallurgie extractive. Parmi les entreprises membres qui l’appuient, les dirigeants du MMPC tiennent à remercier tout spécialement Hatch, Novelis, Heraeus Electro-Nite, Sumitomo Metals Industries, Rio Tinto, ainsi que sa filiale QIT-Fer et Titane, et Alcan, qui ont tous collaboré aux activités de recherche générique du centre décrites pour ce prix.