Titulaire et directeur de plusieurs chaires de recherche, dont la Chaire de recherche CRSNG -Hydro-Québec -UQAC sur le givrage atmosphérique des équipements des réseaux électriques (CIGELE), Masoud Farzaneh est cette année le lauréat du prix Urgel-Archambault de l’Acfas.

Les conditions météorologiques dans les pays nordiques peuvent perturber les réseaux aériens du transport de l’électricité. C’est notamment le cas au Québec, où l’électricité est produite dans le Nord pour ensuite être acheminée vers le Sud. Il est donc important de comprendre ces conditions météorologiques afin d’en minimiser les effets sur les infrastructures. Les travaux scientifiques du professeur et chercheur Masoud Farzaneh, de l’Université du Québec à Chicoutimi (UQAC), portent sur ce sujet.

Né en Iran en 1948, Masoud Farzaneh fait ses études de génie à l’École polytechnique de Téhéran. « Je me suis spécialisé en électrotechnique parce que je m’intéressais déjà au transport de l’électricité. » Son diplôme d’ingénieur en poche, il est embauché par la Compagnie de transport et de distribution de l’énergie électrique (TAVANIR) en Iran. « Même si je savais que je voulais faire une carrière comme chercheur et professeur, je voulais acquérir une expérience pratique avant de continuer mes études. »

Cette expérience acquise, il choisit donc de poursuivre ses études supérieures à Detroit. « Mais je n’aimais pas cette ville. Et comme j’avais des amis qui étudiaient en France et qui s’y plaisaient, j’ai choisi d’aller en France. » Il met donc le cap sur Toulouse, où il obtiendra un doctorat en génie à l’Institut national de polytechnique et à l’Université Paul-Sabatier.

L’adaptation au français n’a pas été un obstacle. « Je connaissais déjà les rudiments du français, l’ayant étudié à l’école secondaire. De plus, je comptais dans mon entourage un oncle qui était amoureux de cette langue. Ensuite, à l’époque où j’ai fait mes premières études en génie, Téhéran était une ville cosmopolite, où le français avait sa place. »

Mais c’est une rencontre fortuite qui changera le cours de sa vie. « Un professeur québécois d’origine vietnamienne, Luan Phan, était venu à Toulouse pour prononcer une conférence sur l’effet des précipitations sur les réseaux électriques. Comme je m’intéressais au sujet, j’ai assisté à sa conférence et j’ai ensuite eu l’occasion de le rencontrer. Nous nous sommes liés et, l’année suivante, le professeur Phan m’invitait à passer une année comme chercheur à l’Université du Québec à Chicoutimi, où il avait monté une équipe de recherche. C’était en 1982 et j’y suis encore. »

Contrairement aux fils électriques domestiques, qui sont recouverts d’une gaine isolante, les conducteurs d’électricité à haute tension sont des fils à nu. Il est donc important de garder une distance entre les câbles afin d’éviter une décharge électrique. De plus, on ne peut pas accrocher le câble directement au pylône pour les mêmes raisons. On doit donc utiliser des isolateurs, généralement fabriqués en porcelaine ou en céramique, entre les câbles et les pylônes et entre les câbles eux-mêmes.

Mais l’accumulation de givre et de glace peut occasionner des problèmes avec les conducteurs et les isolants. L’accumulation de glace sur les câbles ajoute un surpoids qui les rend plus sensibles aux vibrations causées par le vent. Mais c’est souvent la fonte de la glace qui cause davantage de dégâts. « La glace ne fond pas toujours lentement, elle peut se fissurer et l’on assiste alors à un délestage soudain de la glace. » Ce délestage soudain exerce une force mécanique sur le câble, parfois si sévère qu’il se sectionne.

Quant à l’accumulation de glace sur les isolateurs, le problème est plutôt électrique. En effet, lorsque la glace fond, il se crée un film d’eau à la surface de celle-ci. Et comme l’eau est un conducteur, cela peut provoquer un arc électrique, qu’on appelle « arc de contournement », car l’électricité se propage dans l’air, d’une borne de l’isolateur à l’autre, causant ainsi un court-circuit.

 

Comprendre pour prévenir

Les premiers travaux de Masoud Farzaneh ont d’abord porté sur les modèles mathématiques servant à comprendre et à prédire les effets du givre et de la glace sur les réseaux de transport aériens. « Les modèles que nous avions étaient inapplicables, car ils n’avaient jamais été validés. » Il a donc fallu le faire, d’abord en laboratoire et ensuite in situ, ce qui a permis de les peaufiner.

Au fil des ans, Masoud Farzaneh a réussi à monter un imposant laboratoire. « Nous avons des chambres de refroidissement, équipées de lignes à haute tension, pouvant aller jusqu’à 60 degrés Celsius, ce qui nous permet de simuler les conditions climatiques dont on a besoin. » Ces recherches ont non seulement permis de mieux comprendre les effets du climat nordique sur les réseaux de transport, mais aussi d’en améliorer certains éléments, dont les isolateurs.

La prochaine étape dans la mire de Masoud Farzaneh et de son équipe est de rendre les conducteurs et les isolateurs hydrophobes et glaciophobes. « On s’est d’abord tourné vers la nature. Par exemple, la fleur de lotus est naturellement hydrophobe, c’est-à-dire qu’elle ne permet pas à l’eau de la mouiller. »

On a procédé à cette recherche en appliquant la même démarche scientifique. D’abord, une modélisation mathématique afin de déterminer quel type de surface il faudrait pour que cette dernière possède les caractéristiques désirées, soit l’hydrophobie et la glaciophobie. Ensuite, la fabrication synthétique, en laboratoire, de revêtements nanostructurés, d’abord sous forme de nanofilms et ensuite sous forme de peintures à pulvériser. On a ensuite validé ces revêtements en laboratoire. « Les résultats sont pour le moment concluants. La prochaine étape est de les valider dans la nature. »