Dans cet article de blog, nous explorons comment le génie électrique — la fusion de l'électricité et des technologies de l'information — transforme la société moderne et comment il est appliqué dans divers domaines.
À votre avis, qu'étudie le « Département de génie électrique » ? Généralement, quand on entend le mot « électricité », on pense d'abord à l'électricité statique, celle qu'on peut ressentir par une froide journée d'hiver. On pense aussi à l'énergie qui alimente les lampes, permettant ainsi de se déplacer dans des espaces éclairés même la nuit, ou encore à l'électricité qui fait fonctionner les appareils électroménagers qui nous facilitent la vie. Ces exemples illustrent bien l'électricité, une ressource essentielle de la société moderne omniprésente. Pourtant, on a souvent du mal à saisir ce qui se passe lorsque l'électricité et le génie électrique se rencontrent.
Autrefois appelé « Département de génie électrique », il est récemment devenu le « Département de génie électrique et informatique ». Pourquoi ce changement de nom ? Quel est le lien entre l’électricité et l’information ? Bien que plusieurs raisons aient probablement motivé ce changement, je souhaite vous présenter les recherches menées au sein du Département de génie électrique en m’appuyant sur celle qui me semble la plus pertinente.
En génie électrique, on peut globalement distinguer l'électricité en tant qu'énergie et l'électricité en tant que signal. Je m'intéresse particulièrement à ce dernier domaine, qui a connu des progrès considérables et dont l'impact est important dans d'autres secteurs. Il trouve même des applications dans le domaine de l'énergie électrique elle-même. Pour expliquer ce dernier, il est plus simple de comprendre l'énergie comme une source de puissance permettant de mettre en mouvement des objets.
L'électricité, en tant qu'énergie, est produite dans des centrales électriques, transportée à travers le pays et utilisée pour alimenter divers appareils. C'est pourquoi les spécialistes de l'énergie électrique étudient comment produire de l'électricité efficacement, comment stocker cette source d'énergie dans des batteries et comment minimiser les pertes et transporter l'électricité à moindre coût.
Comparée à d'autres sources d'énergie, comme l'énergie thermique, l'énergie électrique est extrêmement organisée. Cela permet son transport sur de longues distances avec des pertes minimales et la rend facilement convertible en d'autres formes d'énergie. L'énergie électrique étant parfaitement adaptée à la gestion des vastes quantités d'énergie consommées par l'humanité, une vie sans électricité est inconcevable dans la société moderne. Tout cela est dû aux travaux des ingénieurs en énergie.
À présent, expliquons l'électricité comme un signal. Ce concept est plus vaste que celui d'électricité comme puissance. En génie électrique, un signal peut être défini comme une grandeur physique véhiculant une information. Plus précisément, parmi diverses grandeurs physiques telles que la température, la vitesse, le son et la pression, il s'agit de la tension électrique, qui véhicule une information. Le traitement du signal consiste à recevoir et à traiter efficacement les signaux pour les rendre compréhensibles. Les communications, quant à elles, concernent les appareils tels que les radios ou les téléphones qui émettent et reçoivent ces signaux. Il s'agit, littéralement, de la discipline qui étudie les signaux eux-mêmes.
Pour utiliser ces technologies facilement, n'importe où et n'importe quand, des techniques plus sophistiquées sont nécessaires. Le domaine de l'électronique crée des circuits permettant d'amplifier et de stocker les signaux transmis sur de longues distances et donc affaiblis. Le domaine des semi-conducteurs fabrique les composants de ces circuits. L'électronique, quant à elle, conçoit des dispositifs capables de convertir les signaux traités en affichages visuels. Enfin, l'ingénierie des systèmes garantit le bon fonctionnement de ces dispositifs au sein d'un système, tandis que l'informatique traite l'information contenue dans les signaux. Ainsi, l'électricité, en tant que signal, n'est pas simplement une tension ; c'est une information précieuse qui doit être manipulée avec le plus grand soin.
Récemment, les domaines de recherche en génie électrique ont connu une expansion considérable, nécessitant un espace important pour présenter leurs sous-domaines. Nous allons ici expliquer les technologies de génie électrique appliquées à l'IRM. L'IRM est une technique qui combine plusieurs technologies de génie électrique. Fondamentalement, elle requiert un puissant électroaimant. Vous vous souvenez probablement, lors de vos cours de sciences à l'école primaire, d'avoir fabriqué un électroaimant et d'avoir observé la figure dessinée par la limaille de fer. L'électroaimant intégré à un appareil d'IRM est bien plus puissant, ce qui explique pourquoi il est impossible d'introduire des objets métalliques lors d'un examen IRM.
Ce puissant électroaimant aligne les molécules d'eau de notre corps selon la direction de son champ magnétique. En réalité, bien que nous le percevions rarement, plus de 90 % des forces de l'univers sont des forces électromagnétiques. Ces forces sont généralement en équilibre, ce qui les rend difficiles à percevoir pour l'être humain. Cependant, lorsque cet équilibre est perturbé, des phénomènes comme l'électricité statique ou la foudre se produisent. Pour en revenir à l'IRM, lorsque des molécules d'eau en équilibre reçoivent des ondes électromagnétiques d'une fréquence spécifique, elles se mettent à vibrer. Ce phénomène est similaire à l'effet de résonance qui se produit lorsqu'on pince une corde sur un instrument à cordes. C'est pourquoi l'IRM est appelée « imagerie par résonance magnétique ».
Lorsqu'elles sont stimulées, les molécules d'eau vibrantes émettent des ondes électromagnétiques à des fréquences spécifiques. L'intensité de ces ondes varie selon la densité de l'eau dans les tissus du corps. Grâce à ce principe, un récepteur capte les signaux, estime la structure des tissus et convertit ces informations en une image interprétable par un médecin. Les premiers appareils d'IRM nécessitaient un temps d'acquisition important, ce qui pouvait parfois provoquer une sensation de claustrophobie chez les patients.
Initialement, des ingénieurs électriciens spécialisés dans le traitement du signal se sont consacrés à la recherche en IRM afin de réduire l'inconfort des patients et de permettre une imagerie plus rapide pour un plus grand nombre d'entre eux. De ce fait, des images quasi indiscernables de l'original ont pu être obtenues avec un nombre de signaux considérablement réduit. Récemment, la technologie IRM a progressé au point de permettre l'observation en temps réel des mouvements cardiaques. Cette technologie joue un rôle majeur dans le traitement exponentiel de l'information biologique.
Ainsi, le génie électrique englobe aujourd'hui non seulement les appareils électroniques omniprésents dans notre quotidien, mais aussi la médecine, l'imagerie 3D, le traitement de l'information et même l'intelligence artificielle. Sous l'appellation d'électricité, il s'étend à des domaines insoupçonnés. À l'avenir, le génie électrique dépassera le simple traitement du signal pour devenir un domaine où les ordinateurs traiteront les signaux de manière plus intelligente.
