Nouveaux débuts : Une technologie de détection à fibre optique pour des chemins de fer canadiens plus sécuritaires

Le projet de surveillance des contraintes des rails dirigé par Merrina Zhang, visant à garantir des chemins de fer plus sécuritaires à la population canadienne, a parcouru un long chemin. Il y a quelques années, l'Initiative Nouveaux débuts donnait à cette ingénieure de recherche principale la possibilité d'approfondir ses idées et de lancer simultanément sa carrière au CNRC. Aujourd'hui, Merrina continue à mettre au point des outils technologiques permettant de mieux prévoir l'impact des contraintes sur les voies ferrées du Canada.

Explorer de nouvelles voies de recherche pour les chemins de fer canadiens

Merrina Zhang est ingénieure de recherche principale au Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface. Elle s'est jointe au CNRC en 2017 pour la réalisation de recherches sur les voies ferrées, apportant avec elle des décennies d'expérience de recherche sur les chemins de fer. Avant son arrivée, le CNRC avait surtout étudié les réseaux ferroviaires des roues vers le haut, et possédait peu de données sur le réseau dans son ensemble. Merrina s'est initialement centrée sur l'étude des défaillances ferroviaires causées en partie par la géologie et les conditions météorologiques variées du Canada ainsi que par la combinaison d'anciens et de nouveaux rails soudés ensemble. Cette recherche l'a amenée à soumettre un projet lors du premier appel de Nouveaux débuts, en 2018, en vue de surveiller l'accumulation de contraintes sur les rails à l'aide de l'analyse optique dans le domaine temporel (ou BOTDA, pour Brillouin optical time-domain analysis), une technologie de détection à fibre optique. Elle a trouvé des partenaires partageant ses intérêts à l'Université d'Ottawa, à l'Université Queen's et à VIA Rail et s'est attelée à la tâche en vue de découvrir comment mieux comprendre les conditions de contrainte dans ce domaine. Les recherches de Merrina ont entre autres porté sur les questions suivantes :

• Quels types de capteurs peuvent survivent dans une chaleur ou un froid extrême?
• Comment protéger le matériel des animaux sauvages?
• Quelles sont les techniques d'isolation les plus efficaces?
• Quels types de données peuvent être recueillis à l'aide des instruments choisis?
• Quel étalonnage est requis pour bien comprendre les données?

Les études sur le terrain ont été réalisées à l'été 2020.

Approfondir des idées avant-gardistes

Merrina a apporté une expertise unique, complémentaire à celle des autres membres de son équipe, et établi un solide soutien pour lancer sa recherche. L'Initiative Nouveaux débuts lui a procuré la parfaite occasion pour développer davantage ses idées. « Je savais que mes idées étaient solides et bien articulées, et que je n'avais rien à perdre. » L'initiative lui a donné la confiance requise pour poursuivre ses efforts et établir sa réputation au CNRC. « C'est fondamentalement ce qui a lancé ma carrière au CNRC », ajoute-t-elle.

Pour Merrina, l'Initiative Nouveaux débuts a servi en quelque sorte « d'élément égalisateur », lui offrant une plateforme sur laquelle mettre ses idées en valeur même si elle était nouvelle au CNRC et relativement inconnue dans l'organisation. « C'est un processus équitable et transparent. Il donne la chance aux chercheurs de voir comment leurs idées se mesurent à la recherche menée dans d'autres domaines, en particulier dans des domaines de poids comme les dispositifs médicaux ou l'astrophysique. »

Depuis son lancement, le projet a permis à Merrina d'explorer de nouvelles voies de recherche sur les chemins de fer et de faire progresser sa carrière dans ce domaine. Mais ce qui la rend particulièrement fière est l'occasion qui lui a été donnée d'enseigner à des étudiants de champs multidisciplinaires. « L'une des meilleures choses que nous avons faites dans le cadre de l'Initiative Nouveaux débuts a été de former de jeunes et brillants esprits pour l'avenir. »

La suite

Durant la première portion du projet, Merrina et son équipe ont recueilli manuellement des données. Pour l'étape suivante, elle souhaitait recourir aux plus récentes méthodes d'analyse offertes par l'intelligence artificielle, ce qui permettrait non seulement d'automatiser l'installation des capteurs, mais aussi de recueillir suffisamment de données pour approfondir encore davantage la compréhension des conditions sur le terrain.

Merrina a donc présenté une demande dans le cadre du programme de soutien aux grappes Intelligence artificielle au service de la logistique. Son projet a été sélectionné et a été lancé en avril 2020. Le financement lui a permis de travailler avec les Ingenuity Labs de l'Université Queen's pour mettre au point un petit robot capable d'installer des capteurs à fibre optique le long des voies ferrées, permettant de recueillir des données de terrain de plus grande qualité et de bâtir un jumeau numérique du réseau ferroviaire en vue de mieux prédire les effets des contraintes par temps chaud. VIA Rail a offert sa gare d'Ottawa pour une mise à l'essai sur une voie courbe et son site de Bellamy pour la mise à l'essai sur une voie droite.

Ce projet s'est terminé en avril 2024 et Merrina prendra maintenant un peu de temps pour décider de la suite. « Les prochaines étapes nécessiteront un plus grand déploiement sur le terrain dans l'ensemble du Canada, explique-t-elle, et il faudra du temps pour tout mettre en place. Le projet Nouveaux débuts nous a apporté les connaissances, l'expérience et la confiance nécessaires pour continuer. Et c'est exactement ce que propose l'Initiative Nouveaux débuts : soutenir des idées de départ essentielles et révolutionnaires. »

Des initiatives de R-D concertée telle que le Fonds d'idéation et les programmes de soutien aux grappes permettent de réunir le réseau national de chercheurs et d'installations du CNRC et des collaborateurs de l'industrie, du milieu universitaire et du gouvernement. Ces programmes appuient des projets de recherche collaboratifs portant sur des découvertes scientifiques et des percées technologiques révolutionnaires pour l'atteinte d'objectifs précis dans une diversité de disciplines scientifiques. Dans le cadre de son Programme de collaboration en science, en technologie et en innovation, le CNRC offre des subventions et contributions à des collaborateurs qui possèdent une expertise complémentaire à la sienne.