Parcours : de l’architecture d’avion aux structures élancées

• Frédérick Gosselin retrace son attrait précoce pour les avions et les fusées, qui l’a mené d’un baccalauréat à l’Université McGill jusqu’à un doctorat à l’École Polytechnique de Paris, en passant par des travaux sur la stabilité du spaghetti inversé et les ondes dans les champs de blé sous le vent.
• Ce parcours illustre un principe fondateur de sa recherche : des systèmes physiques très différents en passant des ailes d’avion, aux champs de blé, coraux, puis aux parachute qui obéissent aux mêmes équations d’interactions fluides-structures, rendant les résultats transférables entre domaines.

Les méta-matériaux et l’art du kirigami

• Les méta-matériaux sont des matériaux dont la microstructure est conçue pour produire des propriétés mécaniques inhabituelles à grande échelle, par exemple un coefficient de Poisson négatif, où le matériau s’élargit transversalement lorsqu’on le tire.
• Le kirigami (art japonais du papier découpé) est l’une des techniques utilisées pour structurer ces méta-matériaux. L’idée du parachute kirigami est née d’une intuition : plutôt qu’une force mécanique, utiliser l’écoulement d’air pour déformer la structure et en faire un parachute à auto-déploiement passif.

Design et fonctionnement du parachute kirigami

• Le parachute est constitué d’un unique disque de matériau mince dans lequel sont découpées des fentes concentriques en secteurs déphasés. La charge utile serait placée au centre.
• Lors de la chute, selon les motifs de découpe testés, l’air déforme le disque en une forme conique quasi-axisymétrique stable (mode de déformation K), ou bien en mode cylindrique instable (mode de déformation C) qui ne fournit aucune stabilité de descente.
• L’air pénètre par les fentes et génère un sillage fin et uniforme qui ralentit la descente sans créer les grandes structures tourbillonnaires susceptibles de déstabiliser la charge. L’équilibre entre porosité et rigidité est critique : trop de découpes détruisent la traînée et la fonction parachute.

Évaluation des performances

• Trois métriques ont été choisies pour évaluer la performance des différents designs : la vitesse terminale de descente (en fonction du chargement par unité de surface ), l’accélération verticale, et le déplacement latéral pour la stabilité pour la stabilité de la trajectoire.
• Les essais confirment que le design stable (mode K) tombe systématiquement près de la cible, quel que soit l’angle initial de largage. À l’inverse d’un parachute conventionnel dont les points d’atterrissage étaient dispersés sur plusieurs mètres dans les mêmes conditions.
• Un prototype à grande échelle (50 cm de diamètre) a été largué depuis un drone à 60 m d’altitude tout en portant une bouteille d’eau, validant le comportement prédit sur toute la plage d’échelles testée.

Fabrication et applications

• Le prototypage par découpe laser permet d’itérer rapidement sur le design et à moindre coût. À terme, la production en série par estampage à l’emporte-pièce ramènerait le coût unitaire à quelques sous, contrairement aux parachutes conventionnels qui nécessitent un assemblage manuel par des fabricants qualifiés.
• Les applications prioritaires identifiées sont la livraison humanitaire par drone dans des zones difficiles d’accès, le déploiement de sondes météorologiques dans les ouragans, et le reboisement par drone avec des parachutes biodégradables.

Financement de la recherche fondamentale au Canada

• Le CRSNG finance la recherche fondamentale via son programme Découverte, mais les montants disponibles suffisent rarement à maintenir une grande équipe au regard des coûts de rémunération aux cycles supérieurs. Une tension structurelle que Frédérick Gosselin illustre à travers son propre parcours.
• Le modèle partenarial permet de démultiplier l’investissement privé : un dollar de fonds privés peut générer jusqu’à quatre dollars de fonds gouvernementaux, le salaire du professeur étant entièrement assumé par l’université.
• Professeur Frédérick Gosselin plaide pour un rééquilibrage : moins de subventions aux professeurs, davantage de bourses d’excellence aux étudiants, afin que ces derniers puissent choisir librement leurs projets plutôt que d’être contraints par les thématiques imposées par les financements disponibles.

Réforme des bourses et thématisation de la recherche

• Les bourses doctorales du CRSNG ont récemment été augmentées après plus de quinze ans sans indexation, soit une avancée jugée positive, mais au prix d’une réduction du nombre de bourses attribuées à enveloppe constante.
• La thématisation croissante des appels à projets représente une contrainte structurelle pour la recherche exploratoire : un projet comme le parachute kirigami n’aurait pu être financé par aucun appel sectoriel défini à l’avance.

L’équation de l’ingénieur idéal selon Frédérick Gosselin

• Compétence technique essentielle : l’esprit critique est plus que jamais indispensable dans un monde où l’IA peut écrire du code mais ne peut pas interpréter les résultats à la place de l’ingénieur.
• Compétence transversale clé : la communication, qui est souvent la plus sous-estimée en génie, illustrée par de nombreux ingénieurs très compétents dont le travail est demeuré un « trésor caché » faute de capacité à le valoriser.
• Cliché à éliminer : l’abus de confiance. Croire que l’on sait tout, plutôt que de reconnaître ses limites et de s’entourer d’experts complémentaires.