Des matériaux pour notre avenir

D’un côté, la recherche publique devra être fortement appuyée par le secteur privé québécois et canadien afin que les résultats puissent engendrer des retombées concrètes. De l’autre, le salut de l’industrie manufacturière québécoise passe par l’innovation, la créativité, l’audace et l’ingéniosité.

[Colloque 202 - Les matériaux d’avant-garde]

Au Québec, l’exploitation des matières premières est surtout associée à l’industrie primaire, créant des emplois bien rémunérés loin des grands centres. Par contre, avec le progrès scientifique et technologique du côté des nouveaux matériaux, nous pouvons  faire beaucoup mieux. Déjà, plusieurs équipes de recherche y travaillent dans les universités, les centres de recherche gouvernementaux et les centres collégiaux de transfert de technologie (CCTT). Les objets de recherche sont multiples, allant des alliages avancés et biocompatibles aux papiers « bioactifs », en passant par les biopolymères et les matériaux composites. Voici quelques exemples d’une recherche qui foisonne dans de multiples directions.

Avec le vieillissement de la population, le marché des prothèses de remplacement est appelé à s'étendre au cours des 15 à 20 prochaines années. Prothèses de hanche et de genoux, stimulateurs cardiaques, mâchoires artificielles, vis et implants dentaires, autant d'implants médicaux à fabriquer. De plus, la pratique plus répandue de sports extrêmes abaisse l’âge moyen auquel on installe un premier implant, de sorte que l’utilisation du titane, des alliages superélastiques et des alliages à mémoire de forme pourrait permettre de réduire au minimum le nombre d’opérations de remplacement au cours de la vie du patient.

La combinaison nickel-titane en proportions presque égales permet de tirer avantage du phénomène d’adaptation et de souplesse associé à la mémoire de forme. Pensons, par exemple, aux fils de localisation de tumeurs cancéreuses, à l’endoscopie active, aux agrafes pour la réduction de fractures ou aux filtres à caillots sanguins. De plus, leurs propriétés superélastiques servent aux applications telles que les stents, les outils dentaires, les fils d’orthodontie, les pinces chirurgicales et les montures de lunettes. Les alliages de titane sont utilisés quant à eux pour leur biocompatibilité.

Le secteur des matériaux composites est aussi en plein essor, et ce, particulièrement du côté des transports, car ils combinent légèreté et résistance mécanique élevée. Toute réduction de poids dans un véhicule (avion, train, autobus, camion, voiture) entraîne une réduction de la consommation de carburant, et de ce fait, une réduction d’émission des gaz à effet de serre. Actuellement, les fabricants de composites destinés au secteur des transports utilisent peu ces matériaux aux charges de faible densité. Les nanoparticules, par exemple, permettraient d’alléger les pièces tout en optimisant d’autres propriétés comme la résistance au feu, la conductivité électrique, la conductivité thermique, pour n'en nommer que quelques-unes.

Le défi sera du côté du cycle de vie de ces matériaux : il faudra s’assurer qu’on ne créera pas de nouveaux problèmes en gestion des matières résiduelles. L’utilisation des matériaux composites connaitra certainement une croissance dans les transports, l’aéronautique et l’énergie éolienne, et les fabricants voudront probablement recycler et revaloriser les composites en fin de vie. Ce sera donc un défi de taille, puisque les composites thermodurcissables ne sont pas facilement recyclables à cause de leur structure réticulée.

La diminution de la ressource fossile et l’augmentation constante du prix du pétrole favorisent le développement de polymères de source végétale renouvelable ou qui seront biodégradables. Voilà un autre défi de taille : trouver des biopolymères offrant toutes les caractéristiques des polymères traditionnels, mais provenant de sources renouvelables et recyclables en fin de vie. Des biorenforts comme le lin, le chanvre, la cellulose sont à envisager. Les fibres naturelles sont plus légères que la fibre de verre tout en procurant les mêmes avantages. La fabrication de fibres synthétiques (verre, carbone, kevlar) est assez énergivore et, dans un contexte de réduction d’énergie, les fibres végétales pourront occuper une grande place si les méthodes de production permettent de les vendre à un prix comparable à celui des fibres traditionnelles.

Dans le même créneau, la nanocellulose offre de nombreuses possibilités pour le traitement des matériaux et elle leur confère des propriétés complètement nouvelles. Les propriétés physiques peuvent être améliorées, le comportement à différentes humidités peut être commandé, les propriétés électriques peuvent être changées ou les propriétés optiques peuvent être ajustées. La biodégradabilité, la pureté, le taux de cristallinité élevé jumelés à des propriétés physiques intéressantes font de la nanocellulose un substrat de choix.

Le réseau de la recherche des matériaux d’avant-garde est bien implanté au Québec et au Canada. On peut compter sur des CCTT comme le Centre de métallurgie du Québec (CMQ, Trois-Rivières), le Centre technologique en aérospatiale (CTA, Longueuil), Innofibre (Trois-Rivières), le Centre de développement des composites du Québec (CDCQ, St-Jérôme) et le Centre de technologie minérale et de plasturgie (CTMP, Thetford Mines). Nous pouvons aussi ajouter à cette liste les universités Laval et McGill, l’École Polytechnique et l’École de technologie supérieure.

D’un côté, cette recherche publique devra être fortement appuyée par le secteur privé québécois et canadien afin que les résultats puissent engendrer des retombées concrètes. De l’autre, le salut de l’industrie manufacturière québécoise passe par l’innovation, la créativité, l’audace et l’ingéniosité. La synergie entre les deux est la clé maitresse pour multiplier les retombées des projets de recherche et pour devenir un chef de file international dans les créneaux où nous excellons.