Nooshin Karami : de la chaleur perdue à l’énergie récupérée

Originaire d’Iran, la Pre Nooshin Karami a construit son parcours académique en traversant les frontières géographiques et disciplinaires. Après un baccalauréat et une maîtrise en génie chimique dans son pays natal, elle arrive à l’Université de Sherbrooke il y a huit ans pour entreprendre un doctorat en génie mécanique.

« J’étais vraiment douée en mathématiques. C’est plus facile pour moi d’expliquer les choses en utilisant les mathématiques », confie-t-elle, expliquant son attrait pour l’ingénierie plutôt que pour les sciences pures.

Son choix de Sherbrooke n’était pas le fruit du hasard. Lors de ses recherches de doctorat, elle cherchait spécifiquement des experts dans le domaine de l’énergie et du refroidissement à l’échelle micro. Le Pr Luc Fréchette, reconnu internationalement dans ce domaine, l’a attirée au Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes (LN2). « Ma recherche n’était pas basée sur le pays ou l’université, c’était seulement basé sur le sujet », précise-t-elle.

Lauréate de la bourse Claire-Deschênes destinée aux femmes en génie, elle a ensuite effectué un postdoctorat en génie biomédical à l’Université McGill, travaillant sur les circuits microfluidiques avec le Pr David Juncker. Cette expérience lui a permis d’explorer les applications biomédicales de la microfluidique, notamment le développement de dispositifs de diagnostic rapide.

Des micromoteurs thermiques pour récupérer l’énergie perdue

Au cœur des travaux de recherche de la Pre Karami se trouve le SOFHE (Self-Oscillating Fluidic Heat Engine), un micromoteur thermique auto-oscillant qu’elle a développé durant son doctorat. Ce dispositif ingénieux consiste en un microcanal contenant une bulle de vapeur emprisonnée par une colonne de liquide qui oscille sous l’effet de gradients thermiques. « Cette oscillation génère une énergie mécanique. Si on la couple avec un transducteur, on peut convertir cette énergie mécanique en électricité », explique la chercheuse.

Les applications sont multiples. D’abord, la récupération d’énergie pour alimenter les capteurs sans fil de l’Internet des objets (IoT). Le SOFHE génère une puissance de l’ordre du milliwatt, suffisante pour alimenter ces dispositifs qui nécessitent typiquement quelques dizaines de microwatts. Cette solution pourrait remplacer les batteries à durée de vie limitée, créant ainsi des capteurs véritablement autonomes.

Plus récemment, la Pre Karami a démontré l’intégration du SOFHE avec une micro-pompe à jet, créant ainsi un système de pompage alimenté uniquement par la chaleur résiduelle. Cette innovation ouvre la voie à des applications de refroidissement passif, particulièrement pertinentes pour les centres de données.

L’urgence du refroidissement durable des centres de données

La chercheuse souligne un enjeu environnemental majeur : « Au Canada, 1% de l’électricité totale est consommée par des centres de données. » À l’échelle mondiale, ce chiffre atteint 5%, dont un tiers est dédié au refroidissement. Elle a calculé que l’émission de gaz à effet de serre associée équivaut à celle de 15 millions de véhicules par année.

Face à ce défi, la Pre Karami développe une solution innovante basée sur le principe « utiliser la chaleur pour enlever la chaleur ». Au lieu d’utiliser l’électricité pour alimenter les pompes de refroidissement, son système utilise la chaleur perdue des processeurs pour faire fonctionner des micro-pompes thermiques. Cette approche pourrait considérablement réduire la consommation électrique des centres de données, un enjeu d’autant plus crucial avec l’expansion de l’intelligence artificielle et du calcul haute performance.

Les travaux récents de la Pre Karami sur l’amélioration du changement de phase dans les microcanaux montrent des résultats prometteurs. En intégrant des chemins capillaires gravés dans le silicium, elle a réussi à augmenter l’amplitude des oscillations de 1,6 à 4 mm, multipliant par cinq la puissance générée (de 8 à 40 µW).

La microfluidique au service de la santé

Parallèlement à ses travaux sur l’énergie, la Pre Karami développe des dispositifs de diagnostic médical de type « lab-on-a-chip ». Ces circuits microfluidiques permettent de réaliser des tests rapides avec une sensibilité supérieure aux tests papier conventionnels. « Avec une imprimante 3D qui coûte seulement 300 dollars, on peut fabriquer une dizaine de dispositifs en 30 minutes », souligne-t-elle, mettant en avant l’accessibilité de cette technologie.

Le défi principal reste l’automatisation complète du processus pour rendre ces dispositifs utilisables par le grand public. Les circuits qu’elle développe intègrent des micro-vannes et des éléments fluidiques permettant de distribuer automatiquement différents liquides (échantillon, anticorps, enzyme, substrat) dans le bon ordre pour effectuer des tests de type ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). Cette méthode de test immuno-enzymatique est une méthode de laboratoire utilisée pour détecter et quantifier des substances telles que des protéines, des anticorps ou des antigènes dans un échantillon, grâce à la réaction entre un anticorps et une enzyme qui produit un signal calorimétrique.

Perspectives

Aujourd'hui membre du LN2, la Pre Karami incarne l'esprit d'innovation et de collaboration qui caractérise le laboratoire. Son approche multidisciplinaire, passant du génie chimique au génie mécanique puis au génie biomédical, enrichit l'écosystème de recherche sherbrookois. « Je crois que pour moi, il n'existe pas de zone de confort. Je suis toujours hors de ça », affirme-t-elle avec conviction

Avec ses projets émergents dans l'industrie satellitaire et les moteurs à combustion propre, elle continue d'explorer de nouveaux horizons depuis Sherbrooke. « Petite échelle, grand impact », conclut-elle, une philosophie qui guide non seulement ses recherches, mais aussi son parcours personnel au Québec, où elle a transformé les défis linguistiques et culturels en opportunités d'enrichissement mutuel.

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