Conception et fabrication d'un élément chauffant flexible sur textile pour des gants de travail plus intelligents

Le projet global, financé par l'IRSST, se concentre sur le problème de l’intolérance au froid dans les milieux de travail. Elle se manifeste principalement aux mains par douleur, engourdissements, raideur, changements de couleur, et peut également entraîner perte de dextérité, inconfort et dysesthésie. Cela peut entrainer l’arrêt d’activités ou des changements de carrière vers des secteurs avec des environnements plus tolérables et chauds pour ces individus. Un des moyens de prévention est le gant chauffant. L’offre actuelle sur le marché, visant essentiellement le marché des loisirs et des sports de plein air hivernaux, n’est pas adapté aux conditions de travail et à la manipulation d’outils vibrants. Cela se traduit par exemple par la détérioration des éléments chauffants et de la connectique entre les composants électroniques, qui brisent en fatigue sous l’effet des vibrations. Devant l’absence de solutions satisfaisantes adaptées aux conditions de travail, ce projet se donne pour objectif de développer et d’explorer le potentiel de gants chauffants en se basant sur les récentes avancées en électronique imprimable afin d’apporter une solution technologique à la problématique d’intolérance au froid dans les milieux de travail. 

Une des étapes centrales du projet porte ainsi sur la conception et la fabrication de l’élément chauffant et l’étude de ses propriétés fonctionnelles. Cette étape vise notamment à déterminer la forme et l’emplacement des éléments chauffants, ainsi que leur puissance électrique en fonction des conditions climatiques visées. La conception inclut alors le choix du motif le plus adéquat pour permettre un chauffage uniforme sur la main et les doigts. À ce titre, plusieurs motifs pourront être conçus et testés, p. ex. des courbes en S, ou des fractales comme des courbes de Peano. Conjointement, il conviendra de déterminer la puissance et la température visée au niveau de la trace imprimée tout en veillant à ne pas dépasser la température de 43 °C au contact de la peau afin d’éviter tout risque de brûlure. Enfin, en lien avec la conception, il sera possible de se référer à des modèles de simulation existants ou d’en développer un au besoin.

Afin de valider votre conception, l’élément chauffant conçu sera imprimé grâce aux paramètres d’impression déterminés par un étudiant ou une étudiante de maitrise (sous-projet en parallèle). L’élément chauffant imprimé sera soumis à des tests électriques, des mesures optiques, mais aussi à un test permettant d’évaluer la rigidité du textile au moyen de la méthode multidirectionnelle à déformation libre. Enfin, toujours en lien avec la conception de l’élément chauffant, un des derniers éléments à concevoir sera la connectique flexible afin de lier l’élément chauffant à la carte de contrôle. Cette dernière sera aussi développée dans un sous-projet en parallèle que vous serez invité à superviser. 

En prenant part à ce projet, vos responsabilités seront de :

• Concevoir et simuler des modèles d’éléments chauffant (par exemple, fractales, courbes en S) pour une distribution uniforme de la chaleur.
• Déterminer les besoins optimaux en énergie et valider les limites thermiques de sécurité (≤43 °C au contact de la peau).
• Caractériser les performances de l’élément conçu à l'aide de l'imagerie thermique infrarouge, de tests électriques et d'évaluations mécaniques.
• Sélectionner/concevoir et valider des connecteurs flexibles compatibles avec les textiles pour relier l'élément chauffant à une carte électronique.
• Superviser/collaborer avec les étudiants et étudiantes à la maîtrise responsables de la carte électronique et de l’impression.
• Contribuer à l’écoconception en explorant des matériaux biosourcés et en garantissant la réparabilité du système.

En termes de résultats attendus, les livrables principaux de votre projet seront des éléments chauffants imprimés fonctionnels et durables, dont les performances thermiques et mécaniques auront été validées. Enfin, une valorisation de vos résultats dans des conférences internationales et journaux est attendue.

Le projet sera réalisé au LACIME (ÉTS), en partenariat avec l'IRSST et l'INSPQ. Des équipements seront mis à la disposition de l'étudiant.e.

Pour vous aider à aborder sereinement ce projet de recherche, quelques éléments clefs de votre profil :

• Détenir ou être en voie de détenir une maitrise ou un diplòme d'ingénieur en génie électrique/électronique ou génie physique. Une maitrise d'une autre discipline pertinente pourrait être considérée.
• Faire preuve d’autonomie sur le projet et être en mesure de proposer des idées d’amélioration.
• Une expérience préalable en électronique imprimée/flexible, en intégration textile ou en gestion thermique seront des atouts, au même titre qu’un intérêt pour les technologies portables.
• Une bonne capacité à synthétiser de l'information.
• De bonnes compétences en rédaction technique/scientifique (rapport de projet, articles et mémoire seront à produire pendant le projet).
• Une connaissance des outils de modélisation (e.g. COMSOL) et d’outils d’imagerie thermique seront également des atouts.