Génie de Conception

Énergie Nouvelles
Produits électriques et électroniques


4 juin 2010
Par Bruce Homan

Comme le sujet de la fabrication de l’électronique et de l’électrique est vaste, la couverture de ce sujet débordait les page qu’on lui accordait dans le numéro de mai du magazine PIQ sur support papier. Voici l’article complet, en espérant qu’il dresse un portrait enrichissant d’un domaine qui ne cesse de s’accélérer, et dans lequel le Québec fait bonne figure, en général.

La magie de Noël est définitivement électronique. Cette réalité se confirmait encore sous le sapin, il y a quatre mois. Le jeu Mecanno est définitivement en perte de vitesse au profit des iPod Touch et compagnie. Tout ce qui nous étonne, qui repousse plus loin les avancées technologiques, l’intelligence artificielle et notre productivité est électrique et, encore plus, électronique. Avec ce constat de l’évidence frappante de la direction du développement de notre monde, il est rassurant de savoir que l’industrie électrique et électronique constitue un moteur économique majeur au Québec.

Que ce soit pour les technologies de l’information et des communications, de l’énergie, des transports aéronautiques et terrestres, nous formons ici des génies de l’électrique, orientés vers les systèmes informatiques, les télécommunications, le traitement numérique, le contrôle industriel, le transport de l’énergie, la vision et la microélectronique.

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À ce sujet, en 2007, le Centre d’innovation en microélectronique du Québec (CIMEQ) y allait de ses prévisions 2010-2015 du domaine des télécommunications. Les tendances de l’électronique ne relevant plus du secret, elles se développement toutefois toujours plus vite et nous devons savoir bénéficier de ces nouvelles technologies. En 1965, déjà, Gordon Moore, cofondateur d’Intel prédisait que le nombre de transistors doublerait aux 2 ans dans les processeurs. Et, sa prédiction s’avère toujours exacte. En tout cas, infiniment plus precise que la vision représentée dans les films Back to the future. Et les processeurs ne cessent d’augmenter leur vitesse de traitement.

Il est toujours intéressant de connaître les nouvelles technologies en émergences. Le tableau suivant présente quelques technologies qui joueront un rôle important au cours des prochaines années, comme le mentionne Alain Dessureault du CIMEQ, dans «Les tendances de l’électronique des années 2010-2015». La grande majorité des industries seront touchées et devront maitriser l’utilisation de chacune de ces innovations. L’industrie de la construction entre autres les entreprises en CVAC commencent déjà à voir ses technologies de plus en plus présentes dans les immeubles.
 
MEMS
 
Les microsystème électromécanique3 (MEMS), sont des systèmes intégrant sur une seule puce, à l’échelle micrométrique, des composants mécaniques et électroniques qui servent à remplir une fonction déterminée. Les nanotechnologies permettent d’ajouter une couche de micromécanique aux puces électroniques dans ce monde des MEMS. Des microsystèmes électromécaniques sont utilisés, par exemple, dans le domaine de la commutation optique. Des micromiroirs, disposés sur une grille à la surface d’une puce et orientés par des dispositifs électromécaniques, réfléchissent les signaux lumineux dans de nouvelles directions. Dans le domaine CVAC, des sondes de pressions emploient ce type de technologie. Les premières MEMS ont été développées en 1970 et les débuts de commercialisation en 1990. Au Québec, Dalsa une entreprise manufacturière à Bromont était jusqu’à récemment la plus grande usine de MEMS au monde.

Il existe deux types de MEMS: les microsenseurs de température, de biométrie, de chimie, d’optique, de pression. Et les microactuateurs avec engrenage, avec pompe, moteur, cellulaire en radio fréquence.
 
Des microsystèmes électromécaniques sont utilisés, par exemple, dans le domaine de la commutation optique. Des micromiroirs, disposés sur une grille à la surface d’une puce et orientés par des dispositifs électromécaniques, réfléchissent les signaux lumineux dans de nouvelles directions.

Textile intelligent
 
Le terme de « textiles intelligents » comprend les textiles employant des matériaux de changement de phases, des textiles avec de l’électronique n’en sont qu’à leurs débuts. À l’origine, la recherche était motivée par la nécessité de protéger les personnes qui travaillent dans des conditions extrêmes, comme les militaires ou les astronautes dans l’espace. Le textile intelligent qui incorpore dans sa fabrication des composantes électriques deviendra numérique et pourra échanger avec son environnement externe.

Beaucoup de ces premières avancées ont eu lieu aux États-Unis, mais aujourd’hui des chercheurs du monde entier contribuent à l’innovation en employant les nouvelles technologies pour développer des tissus qui peuvent capter les changements du milieu environnant et y réagir. À l’hôpital par exemple, des vêtements intelligents peuvent donner de l’autonomie aux patients en surveillant sans fil leurs données vitales. Pour les pompiers, les tenues de protection peuvent transmettre des données sur les températures et la fumée. Pour les frigoristes, des vêtements munis de sonde l’avertissant de la présence de différents gaz toxiques, qui se ressert lorsqu’ils entrent dans une chambre froide pour garder sa température corporelle, qui crée des ouvertures pour mieux se ventiler dans une pièce chaude.
 
Selon l’étude Venture Development Corporation 2004, « Le plus important marché est l’industrie de l’automobile ». L’industrie automobile incorpore de plus en plus les nouvelles technologies des textiles intelligents.
· Capteurs d’occupation des sièges
· Fonction de chauffage ou climatisation
· Ceintures de sécurité intelligentes
 
Un exemple de textile électronique, un clavier d’ordinateur en tissus muni d’un émetteur Bluetooth 4.
 
Code source libre (Open source)5
 
Code source de programmation que l’on rend disponible gratuitement pour qu’il puisse être modifié et redistribué, dans un contexte de développement communautaire. L’accès du code source à un plus grand nombre de programmeurs peut permettre une évolution de celui-ci. C’est des milliers de programmeurs qui peuvent contribuer au développement d’un logiciel. Il est apparu un grand nombre d’applications libres au cours des 5 à 10 dernières années, le plus connu Linux un système d’exploitation à carrément tassé
Windows de Microsoft dans certains secteurs. 
 
Des exemples de source libre :
· BACnet, protocole en bâtiment
· Linux, système d’exploitation
· Apache, serveur WEB
· My SQL, base de données
· Java, langages de programmation
· Eclipse, outil de développement
 
Communication sans fil
 
Au cours des dernières années, on a connu une prolifération folle de l’implantation de réseaux WiFi. Peu importe l’endroit où vous situez, il y a toujours des réseaux WiFi vous permettant de vous connecter à un réseau. Actuellement, il n’y pas de protocole de communication sans fil standardisé pour le bâtiment. Il semblerait que Zigbee un protocole de moins de 100m soit en discussion avec les gens de BACnet. Il faut prévoir très bientôt une directive en ce qui a trait au choix d’un protocole de courte portée dans le domaine l’automatisation du bâtiment.
                                                
RFID

La technologie RFID (Radio Frequency IDentification) ou identification par puce à fréquence radio fait partie des technologies d’identification automatique, au même titre que les codes à barres. Le but de ces technologies est de permettre l’identification d’objets ou d’individus par des machines (lire «Emboîter le pas des leaders», PIQ, janvier/février 2009, page 1). La technologie RFID a la particularité de fonctionner à distance, sur le principe suivant : un lecteur émet un signal radio et reçoit en retour les réponses des étiquettes ou tags. Il existe une variété presque infinie de systèmes RFID; différents types de mémoire, différentes fréquences, différentes portées, différents types d’alimentation.
 
Toujours dans cette optique des RFID, il existe de l’encre digitale qui peut être lue à distance par une fréquence radio. Les informations diffusées par cette encre de nouvelle génération peuvent être détectées jusqu’à environ 1,2 mètre. L’impression des étiquettes RFID est faite avec des encres contenant des particules métalliques ou des polymères conducteurs. Pendant longtemps, le prix des étiquettes RFID, leur encombrement ainsi que le manque de normalisation ont limité leur développement. 

Énergie portable
 
La principale contrainte de presque tous les appareils électroniques portable est la source d’énergie. Le meilleur cellulaire ou le meilleur instrument de mesure perd toutes ses raisons d’être s’il ne peut fonctionner dû à un manque puissance. 
 
Micropile hydrogène (portable fuel cell)
 
En France, les travaux ont progressé sérieusement sur la technologie des micropiles à combustible à hydrogène en vue de leur intégration dans les téléphones portables. En pratique, seuls quelques centimètres carrés d’électrodes micro-usinées en silicium formant un cœur de pile plate suffisent ainsi pour fournir une puissance de 2 W en continu avec de l’hydrogène comme combustible. Mais, bien sûr, il est hors de question de stocker de l’hydrogène gazeux ou liquide sous une pression de 600 bars (8 700 psi) dans un radiotéléphone. Les chercheurs ont décidé de faire générer l’hydrogène nécessaire par réaction chimique de l’eau sur du borohydrure de sodium. Les cartouches prototypes se composent ainsi de deux parties : un réservoir d’eau et une enceinte contenant de l’hydrure. L’entreprise Manhattan Scientifics a conçu un système appelé le Power HolsterTM fonctionnant lui aussi grâce à une cartouche de borohydrure de sodium NaBH4.
 
Cette pile de la même grandeur qu’une batterie lithium ion, possède 4 fois la capacité d’une batterie conventionnelle et dure entre 8-16 heures pour un ordinateur portatif.
 
Surveillance intelligente
 
Des logiciels très spécialisés permettent à partir d’image numérique prise par des caméras d’identifier des mouvements, des situations non habituelles. Il y a plusieurs applications des images en vidéo de surveillance intelligente. 
 
 Détection des cibles en mouvement
 Détection d’objets abandonnés
 Suivi de personne (tracking)
 Comptage des personnes
 Détection des personnes par infrarouge
 
La fonction de détection intelligente des objets mise au point permet de détecter des objets abandonnés et d’envoyer ces informations à la salle de contrôle. La fonction de détection intelligente de mouvement permet d’identifier tout déplacement d’objets tout en ignorant les bruits parasites tels le bruit du vent dans les arbres, les fontaines, les ondulations de l’eau. Cette technologie repose sur l’analyse des mouvements par comparaison des dernières images capturées. 

Apprentissage constant

Les nombreux projets de recherche lancés par les professeurs ainsi que les contrats et commandites obtenus par ceux-ci témoignent d’une étroite relation avec le milieu industriel, essentiellement autour de trois axes majeurs : l’électronique de puissance et la commande industrielle, les télécommunications et la microélectronique, et le domaine de l’imagerie, de la vision et de l’intelligence artificielle.

Le Génie électrotechnique ou électrique est un domaine technologique qui traite de tout ce qui se rapporte à l’électrotechnique et ses applications. Ce domaine est très vaste et peut se rapprocher du génie électronique aussi bien que du génie mécanique selon que l’on traite des machines tournantes ou de l’électronique de puissance qui est foncièrement différente du domaine de l’électronique du signal.

Recherche avancée en télécommunications

Des regroupement, des chaires, notamment, en recherche avancée en télécommunications explorent différentes facettes des télécommunications afin de résoudre les problèmes et répondre aux besoins précis de ses partenaires ou commanditaires. Recherche fondamentale, recherche appliquée, développements théoriques, algorithmiques, techniques, tous les axes de la recherche scientifique sont explorés afin d’améliorer la performance et l’accessibilité des réseaux de communication.

Alors que des groupes de recherche en électronique de puissance et commande industrielle regrouperont, quant à eux des chercheurs dont les domaines d’intérêt sont la simulation et la commande intelligente des systèmes de puissance ainsi que l’électronique de puissance. Ses activités sont axées sur la recherche appliquée en collaboration avec l’industrie et divers centres de recherche.

On retrouve au ce groupe à l’ÉTS. Ils étudient trois champs d’activités spécifiques: la commande intelligente des entraînements électriques et des robots, la simulation en temps réel des systèmes de puissance et l’électronique de puissance.

D’autres laboratoires de recherche  en communications et en intégration de la microélectronique, comme le LACIME, regroupe des professeurs travaillant dans les domaines des communications et de la microélectronique. Son thème général de recherche et de développement consiste en l’amélioration des systèmes de communications et de télécommunications actuels par une utilisation adéquate des possibilités offertes par la microélectronique. Les membres du LACIME tirent avantage de leurs expertises complémentaires leur permettant d’aborder leurs projets d’un point de vue théorique et de les mener à terme par la réalisation de prototypes facilitant le transfert technologique.

Ces chercheurs universitaires travailent de pair avec l’Industrie pour l’avancement et les solutions de problèmes. Le LAGRIT, par exemple, étudie la gestion des réseaux informatiques et de télécommunications. Il contribue à la recherche en télécommunications, notamment dans les domaines de la gestion des réseaux et des tests de protocoles de réseaux à haut débit. Les applications en téléphonie intégrée et la réalisation de commutateurs constituent aussi un des champs de spécialisation du LAGRIT. Travaillant de concert avec plusieurs entreprises canadiennes et américaines, les professeurs-chercheurs ont contribué à mettre au point des technologies utilisées dans des systèmes commerciaux.

Les chercheurs de l’École de technologie supérieure (ÉTS) avaient prédit que la crise économique 2008-2009 passerait à l’histoire pour son envergure et son ralentissement dans des projets de recherche-développement (R-D). Pour une Université qui s’est donné comme mission le développement économique et technologique du Québec, l’ÉTS a évidemment ressenti l’impact de cette crise sur les initiatives de R-D de ses partenaires industriels. Malgré ce contexte externe morose, la prestation de l’ÉTS en R-D affiche une solide performance à bien des égards.
 
« D’abord, globalement, le total des fonds de R-D de toutes provenances, obtenus par nos chercheurs, est en hausse de plus de 4 % par rapport à l’an dernier, mentionne leur plus récent bilan annuel. Lorsqu’on examine plus attentivement le détail de ces fonds, on remarque des hausses substantielles de
financement en provenance du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), notre source unique externe la plus importante, ainsi que des fonds provinciaux (respectivement +17 % et +118 %). Compte tenu du ralentissement économique qui a durement frappé nos partenaires industriels, les contrats ont diminué de façon importante alors que les subventions ont atteint un nouveau sommet.

Les domaines d’étude touchent les applications de la technologie au service de l’activité humaine. Certains domaines correspondent clairement aux secteurs stratégiques de développement ciblés par les gouvernements fédéral, provincial et/ou municipal comme l’énergie, l’environnement, les TIC, les technologies de la santé et l’aéronautique, alors que d’autres domaines sont d’un intérêt concurrentiel pour tous les secteurs industriels.

Il importe de préciser qu’une caractéristique fondamentale est l’interdépendance des multiples secteurs/expertises entre eux : c’est à l’intersection des domaines et axes de R-D que surgissent les solutions les plus fécondes et innovantes aux problèmes complexes auxquels sont confrontés les industriels. C’est donc avec un souci de concision que les chercheurs se limitent à présenter des projets mar-
quants dans chacun des domaines, à chaque année. Ces projets ne représentent que quelques exemples de l’étendue de l’expertise de chez nous. Plus que jamais que les grosses entreprises ont besoin d’ingénieurs électriques pour mieux rebondir sur les marchés internationaux une fois la crise économique passée.

Énergie électrique

Très actif au sein de divers conseils d’administration liés à l’industrie électrique et électronique et possédant une expertise de 25 ans comme micro électronicien, Yvon Savaria a reçu le mandat de l’École Polytechnique pour développer un département de génie électrique sous tous ses angles. L’avenir s’annonce prometteur et l’institution d’enseignement doit ajuster son tir.

Dans le sous-secteur de l’énergie électrique, qui représente quelque 50 000 emplois, il s’agit d’une industrie de pointe et de haute technologie. « C’est le moteur économique du Québec, le pain et le beurre des Québécois. Bien que nous exportions beaucoup en énergie, les gens seront surpris d’apprendre que les équipements représentent une plus large part de nos activités. Il existe toute une grappe d’équipementiers qui développent du matériel pour les éoliennes, transformateurs, lignes de transmission etc. C’est un secteur appelé à un brillant avenir et la politique du président américain, Barack Obama, de vouloir investir massivement dans ces énergies vertes va nous aider considérablement. Nous sommes très bien positionnés pour répondre à la demande. »

Biomédical

Voilà un troisième sous-secteur voué à un avenir prometteur. De l’avis de M. Savaria, l’instrumention médicale va connaître un essor aussi majeur que les autres sous-secteurs, ne serait-ce que pour endiguer les coûts croissants de la santé. Les besoins sont immenses en informatisation des données etc.

Télécommunications

À Montréal, Éricsson est un joueur important. L’entreprise se développe très bien. Elle possède un bon capital humain en génie électrique et électronique, dont les anciens de Nortel, et contribue à l’essor économique de la région.

De son côté, le concepteur en solutions matérielles et logicielles dans les secteurs de pointe de l’information graphique, de l’édition vidéo et du traitement d’image, Matrox, vient de lancer sa toute dernière carte graphique avec support 8 écrans dans des résolutions pouvant aller jusqu’à 2560 x 1600. Matrox, dont le siège social est situé à Montréal, emploie environ 900 travailleurs incluant ses installations d’Irlande, du Royaume-Uni, de l’Allemagne et de la Chine.

Et finalement, un autre joueur d’importance, le fournisseur montréalais mondial de solutions de traitement multimédia logicielles et matérielles destinées aux marchés des transporteurs multimédia, entreprise et équipement terminal de communications, Octasic, a annoncé l’ajout de nouvelles possibilités à sa passerelle multimédia Vocallo. Ces ajouts amélioreront grandement sa gamme de produits de vidéo mobile et répondront aux besoins croissants des constructeurs de passerelles et des fournisseurs de solutions d’adaptation de contenus cherchant à s’attacher une communauté d’utilisateurs vidéo mobile en pleine mutation. Plus de 80 employés, en majorité des ingénieurs spécialisés en traitement multimédia et modem sans fil, travaillent chez Octasic. À ce jour, l’entreprise a déployé au-delà de 60 millions de lignes dans des réseaux partout dans le monde.

Industrie en croissance

Au Québec, cette industrie électrique regroupe plus de 1 000 établissements réparties dans les 17 régions administratives. Trois entreprises sur quatre ont leur siège social sur le territoire. Cela représente 35 000 emplois.

L’industrie électrique représente 5 % du produit intérieur brut (PIB) et la valeur de ses ventes hors-Québec a progressé de 45 % depuis les cinq dernières années pour s’établir 3,7 G$. Elle englobe 8 000 fournisseurs exportant dans 180 pays. Et, comme c’est le cas dans bien des secteurs de pointe, le Québec doit se camper dans des niches pour bien survivre à la  mondialisation des marchés.

BOX : Voici comment se dessine, le plus simplement, l’industrie québécoise de l’électrique et de l’électronique, selon le Comité sectoriel de la main-d’œuvre de l’industrie électrique et électronique, comme indiqué sur leur site Internet Élexpertise.qc.ca.

Secteur             Nb d’établissements         Nb d’employés

Entreprises de fabrication
de produits électroniques         242                13 248

Entreprises de fabrication
de produits électriques             170                15 300

Réparation d’appareil
électroménagers                       900                1 055

Total :                                       1312                35 603