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Daniel Guay et la chimie des nanomatériaux

L'alchimiste des temps modernes
7 June 2011 // by Amélie Daoust-Boisvert

Platine-Or. Cuivre-Palladium. Platine-Yttrium. Tel un alchimiste moderne, le physicien Daniel Guay, professeur au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, travaille les métaux. À la différence que dans son atelier, un laser superpuissant remplace d’obscurs instruments pour fabriquer des alliages inédits aux propriétés nouvelles qu’il aime mettre au service de l’industrie.

Le platine est un métal blanc plus précieux que l’or. À première vue, il semble inerte. Pourtant, une électrode de platine peut extraire l’hydrogène de l’eau ou encore oxyder l’ammoniac en une molécule d’azote. C’est un catalyseur puissant — mais coûteux ! Un défi que Daniel Guay tente de relever en travaillant ce métal apprécié des bijoutiers à l’échelle de la micro et de la nanofabrication. « On essaie de réduire la taille des particules, de faire en sorte que le maximum d’atomes soit facilement accessibles parce qu’une majorité d’entre eux sont maintenant à la surface des particules, explique-t-il. Ce qui réagit, ce sont les atomes en surface, alors pourquoi payer pour ceux du centre qui ne servent à rien ? »

Avec un partenaire de l’industrie, Daniel Guay met présentement au point un détecteur d’ammoniac basé sur ses découvertes sur le platine. « Il y a beaucoup de secteurs où la détection de l’ammoniac est importante », dit-il en pointant un stationnement intérieur visible de l’autre côté de la rue du bureau de la Place Bonaventure, à Montréal, où nous nous rencontrons. « Dans un garage, vous pouvez ventiler constamment, ce qui coûte cher. Mais si vous avez de bons détecteurs, vous ventilez lorsque nécessaire », précise-t-il. Même chose dans les poulaillers — les déjections contiennent également de fortes concentrations d’ammoniac !

Il existe déjà des détecteurs d’ammoniac sur le marché, mais ce que Daniel Guay souhaite tester avec ses partenaires industriels est novateur, soit un détecteur basé sur platine orienté selon une face cristallographique bien précise. « D’un point de vue théorique, on sait que cette orientation devrait nous permettre de réaliser un  meilleur détecteur, souligne-t-il. Et ça coûterait environ 20 sous de platine… » Reste à tester sa sensibilité réelle et surtout, à observer comment il réagit en présence de toutes les autres molécules qui sont présentes en même temps que l’ammoniac.

Des mariages surprenants
Des lasers superpuissants permettent de mettre au point des alliages inédits de métaux aux propriétés chimiques étonnantes. « Avec l’ablation laser pulsée, on peut déposer tous les métaux !, s’enthousiasme Daniel Guay. Par exemple, poursuit-il, les lasers peuvent percuter deux cibles, une d’or, l’autre de platine. Le laser arrache tout et ça se dépose sur le substrat de ton choix. Ça permet d’aborder des problèmes fondamentaux de mélanges qu’on peut difficilement obtenir par les techniques chimiques traditionnelles. On n’a pas encore vu de limite aux mélanges qu’on peut imaginer ! »

En cette Année internationale de la chimie, cette science moderne caresse entre autres le grand rêve de séparer et de purifier l’hydrogène plus efficacement. La solution pour obtenir de l’hydrogène pur consiste en l’extraction d’un gaz complexe à l’aide d’une membrane de palladium : « L’hydrogène est soluble dans le palladium comme le sucre dans le café, illustre Daniel Guay. Il se dissout dans la membrane de palladium et passe de l’autre côté ». On est encore loin de la pile à combustible, mais déjà, des industries comme Air Liquide pourraient utiliser ce procédé pour obtenir de l’hydrogène pur.

Un autre partenariat avec le secteur des pâtes et papiers pourrait permettre une production plus efficace de chlorate de sodium, un composé employé dans le blanchiment de la pâte à papier. Avec une électrode d’un alliage inédit, les compagnies pourraient sauver 10 % sur leur facture d’électricité, estime Daniel Guay, qui rigole un peu en pensant qu’il faudra trouver le moyen de fabriquer des électrodes de plus d’un mètre pour répondre aux besoins de l’industrie… Voilà un exemple frappant du fossé qui peut exister entre la réalité d’un laboratoire et les applications concrètes.

Les collaborations de son équipe avec l’industrie servent à relever ces défis. « Les partenariats… j’aime ça ! », avoue d’emblée Daniel Guay. Il explique d’ailleurs que tout le monde y trouve son compte puisque « autant [les industries] ne veulent pas faire de recherche fondamentale, autant je ne veux pas me lancer dans la commercialisation de produits ». Enfin, Daniel Guay se réjouit de constater que grâce aux collaborations fructueuses qu’il entretient avec différentes compagnies, ses étudiants acquièrent par ricochet une inestimable expérience de recherche sur « le terrain », expérience qui, bien souvent, leur ouvre grandes les portes du marché du travail. Comme quoi la chimie et la physique sont à l’œuvre dans maints domaines ! ♦

 

Écoutez des extraits complémentaires à l'entrevue accordée par le professeur Daniel Guay.


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