La nanotechnologie s’attaque aux déchets plastiques
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C’est durant un stage de fin d’études à la Texas A & M University (États-Unis), sous la supervision de la professeure Zoubeida Ounaies, qu’Emna Helal a eu la piqûre pour l’univers des nanocomposites. Les possibilités infinies d’utilisation des nanoparticules pour le développement de matériaux avancés fascinaient la jeune étudiante et la fascinent toujours. En effet, en intégrant des nanoparticules dotées de certaines caractéristiques dans des matériaux conventionnels, on peut améliorer leurs propriétés thermiques, électriques, barrières ou optiques, entre autres. « Je serai toujours reconnaissante à la prof. Ounaies de m’avoir initiée au monde des nanotechnologies. Cela a été déterminant dans mon choix de carrière », souligne Emna, chercheuse institutionnelle à l’ÉTS.
Après avoir reçu son diplôme d’ingénieure à l’École polytechnique de Tunisie, Emna Helal obtient sa maîtrise en génie mécanique du même établissement. Puis, elle accepte un poste d’ingénieure à ESI Services Tunisia, une filiale de ESI Group, spécialisée dans le prototypage virtuel. Voulant élargir son horizon professionnel, Emna décide d’entreprendre un doctorat à l’étranger, toujours dans le domaine des nanotechnologies. Elle opte pour une université en Amérique, mais cette fois-ci, francophone. Pourquoi pas à Montréal? Elle contacte deux professeurs au Département de génie mécanique de l’ÉTS, Éric David et Nicole R. Demarquette, qui travaillent dans le domaine des nanocomposites et des matériaux multifonctionnels avancés. Emna Helal est acceptée au programme de doctorat en génie mécanique de l’ÉTS.
Modifier les plastiques
Son projet de doctorat, réalisé dans le cadre d’une collaboration entre l’ÉTS et l’Institut de recherche d’Hydro-Québec, porte sur le développement de nouveaux matériaux performants pour l’isolation électrique haute tension à partir de nanocomposites à matrices thermoplastiques.
Afin de transmettre les propriétés désirées aux matériaux, les nanoparticules incorporées doivent avoir une dispersion et une distribution spatiale contrôlées. Le domaine d’expertise d’Emna Helal est axé sur le contrôle de la morphologie des matériaux à base de polymères pour contrôler leurs propriétés.
« Durant mon doctorat, nous avons contrôlé la dispersion et l’emplacement de nanoparticules d’oxyde de zinc, d’argile et de nitrure de bore dans des systèmes polymères multiphasés, en tirant profit de leurs microstructures ordonnées pour guider la dispersion. Nous avons ainsi modulé les propriétés diélectriques, thermiques et mécaniques de ces matériaux », explique madame Helal. Elle obtient son doctorat de l’ÉTS en 2017.
Découvrir le monde du graphène, le « matériau magique »
Emna Helal, chercheuse institutionnelle à l’ÉTS
Madame Helal effectue son stage postdoctoral à l’ÉTS en collaboration avec NanoXplore Inc., une entreprise montréalaise productrice de graphène. Ce matériau bidimensionnel d’épaisseur nanométrique est un allotrope du carbone au potentiel révolutionnaire. En tant que stagiaire postdoctorale et ensuite en tant que chercheuse scientifique chez NanoXplore, Emna intègre une équipe diversifiée d’une douzaine de chercheurs et de chercheuses qui explorent les applications industrielles du graphène. Parallèlement, elle continue à approfondir son champ d’expertise dans le domaine des nanocomposites et à contribuer activement à la collaboration fructueuse entre l’ÉTS et NanoXplore, déjà établie par les professeurs Éric David et Nicole Demarquette. « Cette expérience industrielle m’a permis de réaliser l’importance de la recherche appliquée et de m’exercer au quotidien à établir le pont entre le monde universitaire et l’industrie », souligne Emna.
Valoriser les déchets plastiques
Au cours de ses récents travaux de recherche, l’intérêt d’Emna Helal se concentre sur le recyclage des déchets plastiques. « Seulement 9 % des déchets plastiques sont recyclés actuellement », précise la chercheuse. Les plastiques pétrochimiques classiques peuvent prendre plusieurs siècles pour se dégrader. Il est temps de s’y attarder.
Un des problèmes du recyclage mécanique des plastiques demeure la détérioration graduelle des propriétés mécaniques et physiques du recyclat, ce qui constitue une limitation au recyclage répété ou en circuit fermé.
Emna Helal aimerait introduire des nanoadditifs pour améliorer les attributs des plastiques récupérés et gagner en performance et en durabilité. Si on augmente la durée de vie utile d’un produit en plastique, on aura moins besoin d’en fabriquer, et on aura appris à mieux le réintégrer dans la chaîne de production.
Participer à la transition vers l’économie circulaire
De retour à l’ÉTS, Emna Helal souhaite poursuivre ses recherches et mettre en relief auprès des étudiants et étudiantes les méthodes de valorisation des plastiques recyclés en ayant recours aux nanomatériaux, en réinventant les procédés de fabrication et de mise en forme des plastiques et en adoptant des procédés alliés de l’économie circulaire, tels que la fabrication additive. Enseigner les classes de matériaux, la caractérisation des propriétés des polymères, des nanoparticules ou encore des nanocomposites, certes! Mais enseigner à quoi servent ces matériaux et comment utiliser leur potentiel, voilà ce qui importe à Emna Helal.
« J’aimerais faire partie des chercheurs qui contribuent à la transition vers l’économie circulaire, en rendant les plastiques circulaires », admet Mme Helal. Et la nanotechnologie est devenue une piste fort prometteuse pour le développement de matériaux performants. Alors, pourquoi ne pas joindre l’utile à l’agréable pour l’avenir de la planète?
