Quand on parle de plasma, rappelons qu’on parle du quatrième état de la matière. Solide, liquide, gaz et… plasma. L’état des étoiles, des aurores boréales et des éclairs… L’état le plus répandu dans l'univers! Et quand on parle de plasma thermique, on parle d’un plasma où la température se situe autour de 10 000°C! Barrières thermiques dans les turbines des avions, extraction de métaux précieux dans les minerais, batteries au lithium-ion des cellulaires ou des voitures électriques : quand on parle d’optimiser ces applications du quotidien, ne se trouve jamais bien loin en amont la recherche universitaire sur les plasmas thermiques. Ce qui nous amène à parler de Jocelyn Veilleux.

Poser les bons diagnostics
Le professeur Jocelyn Veilleux est un jeune chercheur passionné en génie chimique et génie biotechnologique, qui observe ce qui se passe en vol dans les plasmas thermiques quand on y injecte des liquides, des solides ou des nanoparticules. Il s’intéresse aux procédés proprement dits; il étudie les plasmas comme sujets.

Sa première demande au Fonds des leaders John-R.-Evans du Fonds canadien pour l’innovation (FCI) lui a été favorable : 91 000 $ pour financer des infrastructures de recherche en lien avec les procédés par plasmas thermiques! « Cet équipement avant-gardiste nous permettra de concentrer nos efforts sur les diagnostics des procédés, ce que j’aime par-dessus tout. Avec l’équipement déjà en place, on n’avait pas les bons outils pour bien voir dans la boîte noire, le plasma comme tel ! Avec ces nouveaux équipements, on va pouvoir aller beaucoup plus loin dans les analyses », explique le chercheur.

Des matériaux aux nouvelles propriétés
Les procédés par plasmas thermiques permettent de synthétiser des nanomatériaux fonctionnels de façon unique, où les interactions plasma-matière déterminent les nouvelles propriétés des nanomatériaux produits. Le programme de recherche consiste à étudier la thermochimie réactionnelle et le processus dynamique des interactions plasma-matière afin de concevoir et produire des nanomatériaux fonctionnels dont les propriétés distinctives répondent aux besoins des industries de l’énergie, des capteurs, de l’aérospatiale, de l’automobile et de la santé.

Résumé des équipements permettant des diagnostics lasers avancés de procédés par plasmas thermiques : un laser pulsé, pour exciter localement les atomes ou encore pour créer des couches minces de germination, un spectromètre échelle, pour capter tout le spectre de la lumière en une seule acquisition, et un système de diagnostic de particules individuelles en vol dans un jet de plasma, qui permet de voir la taille, la vitesse et la température des particules !

Monitoring de la corrosion en temps réel
« Une autre application qui pourrait voir le jour grâce à nos travaux consiste en des capteurs piézoélectriques qui permettraient une imagerie par ultrasons de la corrosion dans la tuyauterie reliée à la pétrochimie ou à l’industrie nucléaire », ajoute le professeur.

Étudier les interactions plasma-matière dans les procédés par plasmas thermiques permet d’en améliorer la compréhension, le design et le contrôle. Ces données sont essentielles pour produire des nanomatériaux fonctionnels de haute qualité dont les propriétés sont constantes d'un lot de production à l'autre. Ces outils de diagnostics capables de nous guider dans le développement de nanomatériaux novateurs et efficace faciliteront également le transfert technologique des procédés de synthèse de nanomatériaux fonctionnels vers l'industrie, et contribuera ainsi à maintenir le leadership canadien dans cette sphère d’activité et à relever les défis énergétiques, environnementaux et médicaux de la société. Une industrie internationale de l’ordre de 10 milliards $ !