ACTUALITÉ SCIENTIFIQUE
ET INNOVATION DE L'ÉTS
Où en est la recherche sur les polymères? - Par : Rafael S. Kurusu,

Où en est la recherche sur les polymères?


Rafael S. Kurusu
Rafael S. Kurusu Profil de l'auteur(e)
Rafael S. Kurusu est doctorant au département de génie mécanique de l’ÉTS à Montréal. Il se spécialise dans les matériaux polymériques.
Programme : Génie mécanique 

Introduction 

 Le premier colloque visant à unifier deux regroupements stratégiques de recherche du Québec, soit le CRMAA (Centre de recherche sur les matériaux auto-assemblés) et le CQMF (Centre québécois sur les matériaux fonctionnels), s’est tenu les 3 et 4 mai 2016 à l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal. Lors de ce colloque, des chercheurs des regroupements stratégiques CRMAA et CQMF ont présenté les perspectives des axes de recherche suivants :

  • Structures supramoléculaires et auto-assemblées
  • Polymères
  • Biointerfaces
  • Nanoscience et nanotechnologies
  • Énergie
  • Biomédical
  • Environnement et développement durable
  • Matériaux intelligents

Mario LeclercCet article présente les perspectives de l’axe de recherche sur les polymères présentées par Mario Leclerc, professeur à l’Université Laval, et titulaire actuel de la Chaire de recherche du Canada sur les polymères électroactifs et photoactifs.

Introduction aux polymères : macromolécules polyvalentes

Avant de présenter les perspectives de recherche sur les polymères, une brève introduction à cette classe intéressante de matériaux est nécessaire. Les polymères (de poly = « plusieurs » et meros = « partie ») sont de grosses molécules (macromolécules) composées d’un grand nombre de sous-unités répétées. Un exemple est la molécule de polycaprolactame (figure ci-dessous), ou le polyamide 6, mieux connu dans le commerce sous le nom de nylon 6. L’unité de base représentée dans les crochets, le mère, est répété n fois pour former une molécule de polymère. Les atomes de carbone sont représentés par les cercles gris, tandis que les atomes d’hydrogène sont représentés par les cercles blancs, l’oxygène par les rouges et l’azote par les pourpres.

polyamide 6

Le polyamide 6 est utilisé dans l’industrie textile pour produire des fibres ayant une meilleure performance mécanique, comme les cordes d’escalade.

climbing rope

Le procédé de fabrication aura une incidence sur la façon dont les molécules de polymère sont organisées et définira par conséquent leurs performances, du tristement célèbre sac de plastique jusqu’aux fibres aux performances incroyables. Le contrôle de la microstructure pour en adapter les propriétés constitue le rôle des ingénieurs et des scientifiques engagés dans la recherche sur les polymères.

L’avenir de la recherche sur les polymères

Selon le professeur Mario Leclerc, l’avenir de la recherche sur les polymères peut être compris en analysant ce qui est fait par certains des principaux centres du monde, comme à l’Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères en Allemagne, au Laboratoire de Chimie des polymères organiques (LCPO) en France, à l’Université Case Western Reserve, à l’Université de Massachusetts Amherst aux États-Unis et à l’Université de Kyoto au Japon. À partir de ces sources, nous pouvons mettre en évidence certains thèmes émergents dans le domaine des polymères tels que:

  1. Systèmes de polymères bio-inspirés
  2. Polymères pour l’énergie
  3. Systèmes auto-assemblées
  4. Structures polymères bien définies
  5. Polymères pour l’impression 3D

Exemples de thèmes de recherche émergents

 Un exemple de la bio-inspiration est l’utilisation de différentes techniques pour fabriquer des surfaces de polymère qui imitent les structures trouvées dans la nature, telles que la feuille de lotus. La combinaison de la rugosité tant à l’échelle micrométrique que nanométrique rend la feuille superhydrophobe (imperméable) et auto-nettoyante.

lotus leaf

Dans le domaine des polymères pour l’énergie, citons l’un des thèmes de recherche développés par le professeur Leclerc qui mettent l’accent sur la conception, la synthèse et la caractérisation de cellules photovoltaïques à base de polymères pour convertir l’énergie de la lumière du soleil en électricité. Les cellules à base de polymères présentent des avantages intéressants par rapport à la technologie actuelle des cellules à base de silicium, tels que les procédés de fabrication plus simples et moins coûteux, pour couvrir de plus grandes surfaces inhérentes à la flexibilité des polymères.

polymer solar cell

Dans les systèmes auto-assemblés, des composantes se trouvant dans un état désordonné peuvent former des structures organisées sans stimulus externe. Les scientifiques peuvent ensuite utiliser ces connaissances pour contrôler précisément la microstructure et produire des matériaux aux propriétés spécifiques.

L’ADN et les protéines sont des exemples de structures polymères bien définies et la possibilité de synthétiser des molécules similaires constitue un nouveau domaine de recherche.

Mentionnons ici le dernier thème soulevé dans la présentation du professeur Leclerc: Les polymères pour l’impression 3D, une zone encore relativement inexplorée dans la recherche sur les polymères, mais qui présente un potentiel énorme si elle est combinée avec la partie bien développée de la fabrication en 3D. En particulier pour l’ÉTS, ce serait un domaine très prometteur pour les chercheurs sur les polymères, compte tenu de l’expertise de l’école dans la fabrication additive.

Dans les systèmes auto-assemblés, des composantes se trouvant dans un état désordonné peuvent former des structures organisées sans stimulus externe. Les scientifiques peuvent ensuite utiliser ces connaissances pour contrôler précisément la microstructure et produire des matériaux aux propriétés spécifiques.

L’ADN et les protéines sont des exemples de structures polymères bien définies et la possibilité de synthétiser des molécules similaires constitue un nouveau domaine de recherche.

Mentionnons ici le dernier thème soulevé dans la présentation du professeur Leclerc: Les polymères pour l’impression 3D, une zone encore relativement inexplorée dans la recherche sur les polymères, mais qui présente un potentiel énorme si elle est combinée avec la partie bien développée de la fabrication en 3D. En particulier pour l’ÉTS, ce serait un domaine très prometteur pour les chercheurs sur les polymères, compte tenu de l’expertise de l’école dans la fabrication additive.

3D printing

Outre ces nouveaux domaines, l’idée d’utiliser une nouvelle approche pour les thèmes de recherche anciens a également été soulevée dans le discours.

La science des polymères a évolué et la présence de polymères dans des applications plus exigeantes ne cesse de croître, qu’il s’agisse de remplacer certains métaux dans les avions et les voitures, ou de films souples ayant des propriétés électriques qui permettront une nouvelle génération de cellules et écrans solaires. C’est une période passionnante pour la science des polymères et il est difficile d’imaginer nos vies sans cette classe de matériaux.

Rafael S. Kurusu

Profil de l'auteur(e)

Rafael S. Kurusu est doctorant au département de génie mécanique de l’ÉTS à Montréal. Il se spécialise dans les matériaux polymériques.

Programme : Génie mécanique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche ÉTS sur les mélanges et nanocomposites à base de thermoplastiques 

Profil de l'auteur(e)


Domaines d'expertise :

Mélanges de polymères