Un nouveau microscope électronique à transmission pour mieux comprendre les nanomatériaux

Grâce aux contributions des gouvernements fédéral et provincial, le 3IT a mené à bien son projet d’agrandissement et a fait l’acquisition d’équipements spécialisés. Les nouvelles infrastructures permettent notamment d’accueillir un équipement d’envergure unique au Québec qui vise à mieux comprendre la structure et les propriétés des nanomatériaux : le microscope électronique à transmission.

Doté d’un financement de 8 M$ provenant du Fonds d'innovation de la Fondation canadienne pour l’innovation, dont une partie est financée par le gouvernement du Québec, ce microscope d'une précision remarquable bonifie la gamme des équipements déjà en place au 3IT pour promouvoir la recherche fondamentale et appliquée et le transfert technologique. Sa particularité : analyser la structure et étudier les propriétés des matériaux de pointe à l’échelle de l’atome.

La microscopie électronique à transmission : une résolution exceptionnelle
La microscopie électronique à transmission utilise les électrons plutôt que la lumière pour sonder la matière. Un étroit faisceau d'électrons traverse un très mince échantillon pour former une image dont les motifs dépendent des effets d'interaction entre les électrons et la matière. La résolution de ces images peut atteindre 0,07 nanomètre, inférieure à la distance séparant deux atomes.

Réseau québécois pour la microscopie électronique des matériaux

Chercheur au 3IT et professeur au Département de génie chimique et de génie biotechnologique, Nadi Braidy est spécialiste des nanomatériaux et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur la synthèse et la caractérisation de nanomatériaux multifonctionnels, de 2015 à 2024.

Souhaitant créer une communauté de spécialistes et favoriser le partage des connaissances et des infrastructures, Nadi Braidy a contribué à mettre en place en 2019 le Réseau québécois pour la microscopie électronique des matériaux. En plus de l’UdeS, ce réseau regroupe les universités McGill, Polytechnique et Concordia, de même que l’Université Laval, l’Université de Montréal ainsi que l’École de technologie supérieure. « Les membres de ce réseau pourront maintenant accéder à ce microscope muni de cette technologie de pointe et hébergé au 3IT. Cela représente plus de 650 étudiantes et étudiants et une centaine de chercheuses et chercheurs. Je tiens d’ailleurs à remercier les différentes institutions pour leur confiance et leur investissement », précise le chercheur.

Voir une nouvelle génération de scientifiques formée sur la caractérisation des matériaux, qui étudie l’impact des propriétés des matériaux et est capable d’analyser les matériaux grâce à cet équipement, c’est vraiment enthousiasmant.

P^r Nadi Braidy

Un microscope qui contribue à l’innovation

Parce qu’il joue un rôle essentiel dans l’exploration des nanomatériaux et la découverte de nouveaux matériaux, le nouveau microscope pourra contribuer à l’avancement scientifique et technologique dans plusieurs domaines. « Il permet non seulement de découvrir la distribution des atomes dans l'espace, mais aussi d'en identifier leur nature chimique. C’est un outil qui s’inscrit dans toutes les étapes d’innovation de produits, que ce soit pour optimiser un procédé de fabrication, ou sonder des causes de défaillance », explique le P^r Braidy.

Pour le chercheur, observer les matériaux avec cet instrument s’avère extrêmement fascinant. « On plonge littéralement dans l’inconnu, qui sait ce que ce que l’on va découvrir? C’est un peu comme la plongée sous-marine. Voir comment la nature a agencé les choses, que ce soit une rangée d’atomes alignées visibles au microscope ou l’environnement océanique, c’est spectaculaire et ça nous rend humble », exprime-t-il.

Différentes applications

Le microscope pourra être utilisé dans plusieurs domaines, par exemple pour le développement de nanosondes, de piles photovoltaïques et le domaine de l’ingénierie des couches minces.

Le professionnel de recherche Frédéric Voisard accueillera les différentes demandes de formation et d’utilisation de l’équipement, que ce soit de la part de la communauté de recherche ou de partenaires industriels. Selon lui, les industriels voient déjà un grand potentiel pour cet outil. Grâce à l’équipement, ils pourront perfectionner leur procédé afin d’optimiser le développement de technologies. Par exemple, le microscope pourrait permettre d’analyser les matériaux utilisés dans les capteurs infrarouges des caméras thermiques afin d’améliorer leurs performances.

« C’est absolument passionnant de découvrir les nouvelles facettes de matériaux. J’ai hâte de partager nos découvertes et nos connaissances! », indique Frédéric Voisard.

Le microscope permet d’observer la structure atomique des matériaux. Il peut en outre détecter ce qui altère les propriétés électriques du semi-conducteur afin de mieux comprendre comment obtenir les propriétés recherchées.

L'étudiant au doctorat Anthony Sleiman utilisera le microscope pour son projet de recherche.

Grâce à des micro-réacteurs intégrés dans le porte-échantillon, ce microscope aura la capacité de voir en temps réel comment un traitement thermique fera varier la conductivité. Ce qui me passionne, c’est de voir les choses auxquelles je ne m’attendais pas. J’ai découvert tellement de choses qui ne correspondaient pas à mon idée initiale. Ça me submerge, c’est tellement excitant!

Anthony Sleiman, étudiant au doctorat

Un environnement très bien contrôlé

Pour accueillir cet équipement ultrasensible, une salle a été construite et aménagée sur mesure dans les nouveaux espaces du 3IT. Étant donné la sensibilité du microscope, les moindres vibrations ou interférences électromagnétiques sont amplifiées et nuisent aux images produites par l'appareil.

Tout a été mis en place pour que l’équipement bénéficie d’un environnement idéal pour en assurer la meilleure performance. Pour minimiser les vibrations mécaniques, le microscope est installé sur une base de béton désolidarisée du reste du bâtiment et la ventilation est assurée par un flux laminaire. Aussi, la température de la salle est stabilisée par des panneaux radiants qui assurent une variation d’au plus 0.1°C par jour, car à ces échelles de précision la moindre dilatation thermique des pièces et du bâti du microscope dégrade la qualité des images.

L'équipement, de fabrication ThermoFisher Scientific est assemblé aux Pays-Bas et a été vendu par Systems for Research, une compagnie canadienne d’équipements scientifiques.

Pour plus d'information
Vous souhaitez en apprendre davantage sur le microscope électronique à transmission ou encore vous avez un besoin de l’utiliser? Contactez le responsable par courriel afin qu'il évalue vos besoins : Frederic.Voisard@USherbrooke.ca.