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Des capteurs optiques de biomatériaux et des polluants de l’air - Par : Bora Ung,

Des capteurs optiques de biomatériaux et des polluants de l’air


Bora Ung
Bora Ung est professeur au Département de génie électrique à l’ÉTS et membre du regroupement stratégique Centre d’optique, photonique et laser (COPL).
Programme : Génie électrique 
Laboratoires de recherche : PHI_lab - Laboratoire de photonique innovante 

Image d’entête achetée du site istock.com : elle est protégée par des droits d’auteur.

RÉSUMÉ:

Dans l’article « Fibres optiques spéciales et faisceaux annulaires, de nouveaux outils », publié sur Substance le 25 janvier 2018, le professeur Bora Ung de l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal a présenté les travaux de recherche concernant les fibres spéciales, les faisceaux annulaires et leurs applications en télécommunication ainsi que l’usinage laser, les capteurs et les fibres optiques utilisées en technologies de la santé. Le professeur Bora Ung et l’ex-étudiant postdoctoral Yann Facchinello ont donné une conférence le 7 février 2018 intitulée « Faisceaux annulaires, fibres optiques spéciales et leurs applications » dans le cadre des Soirées des cycles supérieurs de l’ÉTS. Le premier article d’une série de trois intitulé « Recherche WOW au laboratoire de photonique innovante de l’ÉTS! » a présenté les projets de recherche du chercheur postdoctoral Dipankar Sengupta relatifs aux convertisseurs modaux et aux capteurs optiques d’humidité et du doctorant Prabin Pradhan concernant les capteurs distribués et les faisceaux optiques annulaires. Ce deuxième article présente les recherches en cours du doctorant Manish Sharma et de l’étudiant à la maîtrise Bastian Lizut du laboratoire de photonique innovante de l’ÉTS dirigée par Bora Ung.

Manish Sharma – Fibre optique spéciale pour faisceaux annulaires et détection de biomatériaux liquides

Manish Sharma a complété une maitrise en génie énergétique au Indian Institute of Technology à Mandi (Inde). Il poursuit présentement un doctorat sous la direction de Bora Ung. Son premier axe de recherche porte sur la conception d’une fibre optique multimodes spéciale. Cette fibre optique possède une microstructure lui permettant de guider des faisceaux annulaires de façon stable sur une très large bande de fréquences. Les fibres optiques sont généralement conçues pour guider des faisceaux à une seule longueur d’onde comprise dans le spectre de l’infrarouge ou du visible. La fibre multimode spéciale étudiée par Manish Sharma permet de guider des faisceaux annulaires de façon stable sur pratiquement toutes les fréquences couvrant le visible à l’infrarouge. Plusieurs faisceaux optiques annulaires guidés à différentes longueurs d’onde peuvent parcourir cette fibre multimode tout en conservant leur profil monoannulaire, une caractéristique bien importante pour les applications envisagées dans le domaine des télécommunications à multiplexage spatial et en usinage laser [1].

Manish Sharma travaille aussi sur l’interaction des faisceaux annulaires avec des biomatériaux liquides (plan B). Plusieurs molécules biochimiques se retrouvant dans la nature (l’ADN par exemple) possèdent une forme hélicoïdale ayant une direction de rotation bien précise, soit dans le sens horaire ou antihoraire. Ce sens de rotation peut faire la différence entre une molécule bénéfique pour la santé et une substance toxique. La formule chimique est la même, mais le sens de rotation de la structure hélicoïdale diffère. Les faisceaux annulaires peuvent ainsi être utilisés pour améliorer la détection laser des molécules à forme hélicoïdale, établir leur présence et la concentration de molécules présentes dans le cadre de travaux de spectroscopie et de télédétection.

Par exemple, dans un système de biodétection, les fibres spéciales peuvent acheminer des faisceaux annulaires dans des cuvettes remplies de liquide afin de détecter la présence et la concentration de molécules ciblées. La lumière du faisceau annulaire va interagir avec le liquide présent dans la cuvette. Le signal optique sortant est par la suite analysé au spectromètre pour déterminer la présence ou non d’une molécule. Cette fibre optique spéciale permet aussi de détecter d’autres types de molécules de forme hélicoïdale présentant un sens de rotation précis. Certains médicaments, lors de leur synthèse, peuvent présenter des traces de molécules tournant dans l’autre sens de l’hélice. L’industrie pharmaceutique emploie donc couramment la spectroscopie pour détecter ces contaminants moléculaires potentiellement toxiques.

Bastian Lizut – Capteurs optiques mis en parallèle pour mesurer plusieurs polluants de l’air

Bastian Lizut complète une maîtrise en ingénierie à l’ÉTS dans un programme de double-diplôme avec l’Université de Technologie de Compiègne en France. Il mène une recherche sur des capteurs optiques en collaboration avec l’entreprise en démarrage Senswear Inc. spécialisée dans la conception de capteurs intelligents. Bastian a réussi à fabriquer une fibre optique multimode compacte servant à mesurer l’humidité relative de l’air. Un revêtement en or a été appliqué à la surface du cœur de la fibre optique afin d’accroître sa sensibilité à l’environnement ambiant. Pour que les capteurs optiques aient un format compact, Bastian Lizut a développé une technique lui permettant de fabriquer un capteur rigide et rectangulaire en pliant une fibre optique multimode. La fibre a été courbée sous une forme plus compacte d’environ 4 cm de long sur 1.5 cm de large.

Ce type de capteurs optiques mesurant l’humidité relative peut être utilisé dans le secteur pétrolier et dans des environnements à haute température et pression. Un capteur à fibre optique peut aisément supporter ces conditions extrêmes sans risque d’explosions dans les milieux volatils, ce qui n’est pas toujours possible avec les capteurs électroniques. Dans ce projet industriel, nous sommes à concevoir un ensemble de capteurs à fibres optiques mis en parallèle afin de mesurer une série de paramètres comme la température, la pression, l’humidité et la concentration de certains composés chimiques de l’air (CO, CO2, méthane, etc.).

Autres articles sur ce sujet

Nous vous invitons à lire le troisième article de cette série (à paraître sous peu) présentant les projets de recherche de trois autres chercheurs et des projets de recherche à venir au laboratoire de photonique innovante de l’ÉTS dirigée par Bora Ung.

L’équipe de recherche du laboratoire de photonique innovante de l’ÉTS 

 L’équipe de recherche du professeur Bora Ung se compose d’un postdoctorant, de trois doctorants, d’un étudiant à la maîtrise et d’un étudiant au baccalauréat.

Équipe du laboratoire de photonique innovante de l’ÉTS

De gauche à droite, le doctorant Mahmoud Gadalla, le chercheur postdoctoral Dipankar Sengupta, le professeur Bora Ung, les doctorants Prabin Pradhan et Manish Sharma et l’étudiant à la maîtrise Bastian Lizut. L’ex-chercheur postdoctorant Yann Facchinello et l’étudiant au baccalauréat Pierre-Luc Verville n’étaient pas présents lors de la prise de cette photo.

Projets disponibles en recherche – Laboratoire de photonique innovante

Nous vous rappelons que le professeur Bora Ung est à la recherche d’étudiants pour des projets de maîtrise et de doctorat à l’ÉTS en génie électrique et en génie mécanique. Ces projets permettront de concevoir des guides d’ondes en silicone flexibles en vue de réaliser des capteurs biométriques flexibles facilement intégrables dans les vêtements. Des applications en santé et dans le secteur athlétique sont aussi considérées.

Le Professeur Bora Ung est toujours à l’écoute d’étudiants intéressés aux applications de lasers, de fibres optiques, de capteurs optiques et de l’électromagnétisme, pour des projets de fin d’études et des projets de 15 crédits de maîtrises en ingénierie.

Bora Ung

Profil de l'auteur(e)

Bora Ung est professeur au Département de génie électrique à l’ÉTS et membre du regroupement stratégique Centre d’optique, photonique et laser (COPL).

Programme : Génie électrique 

Laboratoires de recherche : PHI_lab - Laboratoire de photonique innovante 

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