Département de génie mécanique

Diplômes

• B. Eng., Université McGill (Canada), 1984

• M. S., California Institute of Technology (États-Unis), 1985

• Ph. D., California Institute of Technology (États-Unis), 1989

Domaines et thèmes de recherche

• Domaines : Bio-ingénierie et ingénierie du sport; conception; énergétique et thermofluide; micro-ingénierie
• Thèmes : Conception d’actionneurs et de moteurs; écoulements et ondes de choc; équipement sportif; instruments médicaux; microfluidique
• Mots-clés : Appareillage médical; biomédical; dynamique des gaz; instrumentation; microsystèmes; miniaturisation de systèmes et appareillage biomédical; physique des ondes de choc

Recherches actuelles

Les phénomènes de formation et de propagation des ondes de choc dans des milieux hétérogènes sont au cœur même de plusieurs applications technologiques et scientifiques. Les présents travaux se concentrent sur les aspects les plus prometteurs, autant du point de vue des découvertes scientifiques que des applications technologiques, particulièrement au niveau de la miniaturisation des systèmes et des applications biomédicales.

Ces recherches sont soutenues par des subventions gouvernementales et des contrats de l'industrie. Elles sont effectuées avec des partenaires de haut calibre et font l'objet de publications dans les forums les plus prestigieux.

Ces travaux peuvent être divisés en quelques volets principaux :

Microphysique des fluides compressibles

Ces travaux ont pour but l'étude théorique et expérimentale des écoulements compressibles, comme les phénomènes d'ondes de choc, à des échelles millimétriques et microniques. Ces recherches visent, entre autres retombées, la conception de nouveaux dispositifs miniaturisés pour des applications biomédicales et la compréhension des mécanismes de propagation des détonations dans les explosifs hétérogènes en phase condensée.

• Étude théorique et expérimentale de la propagation d'ondes de choc à des échelles microscopiques.
• Étude des micromécanismes de propagation des détonations en milieu condensé hétérogène.

Dispositifs miniaturisés à haute puissance

Ces travaux visent la conception, la modélisation et la fabrication de nouveaux dispositifs miniatures produisant une haute densité de puissance et une grande puissance spécifique. Spécifiquement, nous travaillons actuellement sur le développement d'un mini-moteur à détonation pulsée pour des applications de nanosatellites, d'un turbomoteur à combustion par ondes de choc et d'un actionneur miniaturisé à haute-puissance.

L'incessante miniaturisation des systèmes mécaniques soulève de nouvelles problématiques scientifiques et technologiques, notamment au niveau des sources de puissance. Par exemple, parce que les effets de surface, comme le transfert de chaleur, sont proportionnellement plus importants à mesure que l'échelle est réduite, l'énergie libérée par une flamme risque d'être immédiatement perdue. Dans ce contexte, nous examinons les méthodes permettant d'augmenter de façon appréciable la vitesse de combustion à des échelles microscopiques, principalement en faisant appel aux ondes de choc et aux processus de détonation.

Nous visons principalement à comprendre et à caractériser les phénomènes d'écoulements compressibles instationnaires, avec et sans libération d'énergie, aux échelles microscopiques. En plus de contribuer à l'avancement des connaissances, ces travaux visent aussi à concevoir des nouveaux dispositifs innovateurs pour des applications en aérospatiale et en bio-ingénierie.

• Génération et caractérisation des ondes de choc et de combustion aux micro-échelles : Par une triple approche analytique, numérique et expérimentale, nous visons à identifier et à comprendre les nouveaux effets présents lorsque des ondes de choc et de combustion se propagent dans des conduits de l'échelle du micron.
• Micropropulseurs et micro-actionneurs à détonation : Ce projet vise à concevoir et à fabriquer une nouvelle classe de propulseurs et d'actionneurs faisant appel à la détonation de microcharges d'explosifs liquides ou solides. L'ingénierie du stockage et de l'injection des explosifs, de même que celle de l'allumage, fait l'objet de cette étude.
• Livraison ciblée de substances médicamenteuses : Ce projet vise à concevoir et à fabriquer des dispositifs miniatures d'injection ciblée de médicaments.

Développement d'appareillage biomédical

Nous poursuivons aussi plusieurs projets en collaboration avec des cliniciens du Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke pour développer de nouveaux appareils diagnostiques ou thérapeutiques pour des applications biomédicales. Le vieillissement de la population et l'explosion des dépenses reliées à la santé requièrent des solutions innovatrices qui ne reposeront plus seulement sur la pharmacologie. En parallèle, les technologies modernes n'ont pas l'impact en médecine qu'elles ont eu dans d'autres domaines. Nous visons l'application et le développement de technologies innovatrices pour solutionner des problèmes cliniques importants. Celles-ci sont basées sur nos expertises en mécanique des fluides, électronique et informatique.

• Administration intradermique de vaccins et médicaments : développer des technologies permettant d'injecter dans des couches ciblées du derme ou de l'épiderme des substances liquides ou solides. Entre autres, ces nouveaux injecteurs permettent d'éviter la douleur, la peur et les risques d’infections habituellement associées aux aiguilles tout en maximisant l'efficacité clinique des substances injectées et favorisant la stabilité du produit sans réfrigération.
• Thérapie par onde de choc : développer un appareil permettant de focaliser des ondes de choc de façon ciblée et contrôlée à l'intérieur du corps humain, principalement pour les applications en urologie (fracture de calculs urinaires), en cardiologie (occlusions partielles ou totales), en orthopédie (traitement d'articulations) et en oncologie (destruction de tumeurs cancéreuses).
• Microcapteurs de pression, de température et d'espèces gazeuses : développer une nouvelle technologie de microcapteurs optiques pour mesurer la concentration d'espèces gazeuses en solution dans différents fluides corporels (ex. : la salive, le fluide gastrique et la lumière intestinale) et permettre un diagnostic rapide du métabolisme des tissus concernés.
• Nouvelle approche d'analyse de données pour la vélocimétrie Doppler ultrasons en cardiologie.

Écoulements compressibles complexes

Les présents travaux visent, par une approche soit expérimentale, soit numérique, l'étude de phénomènes d'écoulement compressibles complexes, comme les interactions choc-choc hypersoniques ou les structures tourbillonnaires.

• Développement d'un turbomoteur à combustion par ondes de choc.
• Modélisation des écoulements externes sur des projectiles hypersoniques.
• Conception d'une soufflerie hypersonique et d'un canon à gaz léger pour l'étude de l'aérodynamique de projectiles hypersoniques.

Microcapteurs pour l'aérospatiale et le biomédical

La miniaturisation des systèmes permet d'entrevoir de nouvelles classes de capteurs se caractérisant par leur faible encombrement, leur réponse en fréquence élevée, leur degré d'intégration et leur coût réduit, plus spécialement pour des applications dans les domaines aéronautique, spatial, biologique et médical. Ces nouveaux capteurs peuvent être créés à partir d'une intégration de dispositifs électroniques, mécaniques et optiques. Selon les besoins actuels et futurs du marché, l'objectif est de concevoir et fabriquer des nouveaux capteurs pour des applications spécifiques.

• Microcapteurs pour environnement à haute température : Ce projet vise la conception de capteurs miniaturisés pour des applications dans un environnement à haute température. En particulier, nous avons breveté une famille de capteurs électroniques actifs dont la transduction s'effectue dans le domaine fréquentiel, ce qui permet le multiplexage d'un grand nombre de capteurs sur la même paire de fils. Ces capteurs, de température ou de pression, fabriqués à partir d'une technologie de carbure de silicium, sont particulièrement adaptés à l'environnement chaud des turbines à gaz et des moteurs à combustion interne.
• Réseaux de microcapteurs de pression : Ce projet vise la conception de capteurs miniaturisés permettant la mesure de distribution de pression avec une grande résolution spatiale et temporelle. Ces capteurs piézo-électriques sont fabriqués en salle blanche. Ces capteurs sont particulièrement adaptés à l'instrumentation des tubes à chocs et des turbines à gaz.
• Microcapteurs d'espèces gazeuses en solution : Plusieurs conditions médicales requièrent la mesure de la concentration d'espèces gazeuses en solution dans divers fluides corporels. Nous développons ces capteurs en intégrant un dispositif de séparation du gaz du liquide avec des techniques de spectroscopie par absorption, et ce, dans un volume inférieur à 1 millimètre cube.

Projets de recherche offerts

Pour obtenir la liste des projets proposés aux études supérieures par les professeurs du département, consultez la page Projets de recherche offerts.

Rayonnement scientifique

Les présents travaux font l'objet de publications et de présentations uniquement dans les forums internationaux les plus prestigieux du domaine. M. Brouillette est représentant des Amériques au International Shock Waves Institute, est membre du Editorial Board de la revue Shock Waves, et siège au International Advisory Committee on Shock Waves du International Symposium on Shock Waves. Il détient 7 brevets internationaux pour des technologies développées dans son laboratoire qui ont mené à trois produits commercialisés et à deux licences en cours d'exploitation.

Groupes ou laboratoires

Laboratoire d'ondes de choc de l'Université de Sherbrooke (LOCUS)

 Aperçu des publications 

• M. Brouillette, M. Doré, C. Hébert, M.-F. Spooner, S. Marchand, J. Côté, F. Gobeil, M. Rivest, M. Lafrance, B. Talbot and J.-M. Moutquin "A new biolistic intradermal injector’’, Shock Waves 26(1):25-37, 2016. 

• M. Picard, J.-S. Plante, D. Rancourt and M. Brouillette "High-g field combustor for a Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine", AIAA Journal, 52(5):1024-1034, 2014.

• O. Doutres, N. Atalla, M. Brouillette and C. Hébert  “Using shock waves to improve the sound absorbing efficiency of closed-cell foams”, Applied Acoustics 79C :110-116, 2014. 

• G. Mirshekari, M. Brouillette, G. Giordano, C. Hébert, J.-D. Parisse and P. Perrier "Shock waves in microchannels", Journal of Fluid Mechanics 724:259-283, 2013. 

•  M. Picard, J.-S. Plante, D. Rancourt and M. Brouillette “A high power density Rim-Rotor- Rotary Ramjet Engine : Part 2 — Quasi-one-dimensional aerothermodynamic design and validation”,Journal of Propulsion and Power 28(6) :1304-1314, 

• G. Mirshekari, M. Brouillette and L. Fréchette “Through-silicon vias integrable with thin- film piezoelectric structures”, International Journal of Nanoscience 11(4) :1240015, 

• G. Mirshekari and M. Brouillette -2012- “Microscale shock tube”, IEEE Journal of Microelectromechanical Systems 21(3) :739, 2012.