La recherche en bref

Professeurs

Chimie de l’environnement

Patrick Ayotte : Laboratoire de cinétiques interfaciales sur les glaces.

Jean-Philippe Bellenger : Laboratoire de biogéochimie des milieux continentaux.

Chimie verte

Gessie Brisard : Laboratoire d’électrochimie interfaciale et appliquée.

Pierre Harvey : Laboratoire de synthèse de polymères organométalliques ''matériaux électroluminescents et photo-conducteurs'', catalyseurs organométalliques.

Jean Lessard : Professeur émérite, Hydrogénation électrocatalytique (HÉC) de composés organiques.

Chimie théorique et computationelle

André Bandrauk : Chaire de recherche du Canada en chimie computationnelle et photonique.

Laboratoires

Patrick Ayotte : Laboratoire de cinétiques interfaciales sur les glaces

Notre groupe s’intéresse à la physique et à la chimie de la glace. Notre recherche vise à élucider les dynamiques réactionnelles complexes, et les mécanismes sous-jacents, qui se produisent dans la glace et à sa surface. La recherche s’appuie sur des techniques d’avant-gardes (faisceaux moléculaires, microscopie électronique à balayage (MEB) et à transmission (MET), spectroscopie électronique (UPS, XPS, 2PPES). Les projets de recherche sont variés : (i) nous étudions comment les molécules s’absorbent, se dissolvent, réagissent et pénètrent dans la glace, (ii) nous explorons les propriétés structurales et morphologiques à l’échelle mésoscopique des films de glace minces (modèle d’interface environnementale) ou d’échantillons naturels, (iii) nous étudions la structure électronique des films de glaces et de leur surface et enfin (iv), en utilisant la modélisation moléculaire et la simulation numérique, nous nous efforçons de fournir des interprétations au niveau moléculaire permettant d’élucider des problèmes environnementaux comme d’importants phénomènes de chimie  atmosphérique hétérogène observés récemment dans le milieu naturel.  

Jean Philippe Bellenger : Laboratoire de bio géochimie des milieux continentaux

La recherche développée au laboratoire vise à caractériser la dynamique des micronutriments (métaux) à l’interface sol-organismes et à évaluer leurs impacts sur les cycles biogéochimiques des éléments majeurs (carbone, azote) et sur le fonctionnement des écosystèmes naturels. Cette recherche s’appuie sur une solide expertise en chimie analytique, chimie des solutions et chimie inorganique ainsi qu’une expertise en biologie et science du sol. Les techniques utilisées sont variées et adaptées au caractère multidisciplinaire de la recherche en environnement ; techniques de chimie analytique (Chromatographie en phase liquide, gazeuse, spectrométrie de masse…), de microbiologie et de biologie moléculaire (Réaction en Chaine par Polymérase…). Les projets de recherches multidisciplinaires du laboratoire offrent une formidable opportunité aux étudiants des divers cycles de parfaire leur formation et de préparer au mieux leur projet professionnel. Les sciences de l’environnement sont un domaine en pleine expansion qui offre des débouchées variées et motivantes tant dans le secteur privé que public.

Gessie M. Brisard : Laboratoire d’électrochimie interfaciale et appliquée

La nécessité de développer de nouveaux matériaux comme électrocatalyseurs provient de la demande pressante pour des efficacités élevées de conversion d’énergie électrochimique applicables aux piles à combustible, aux batteries et aux électrolyseurs. La compréhension fondamentale des réactions électrocatalytiques cruciales dans nos technologies est très importante. Des systèmes d’intérêts, la réaction de réduction d’O2, de réduction de CO2,  l’oxydation de NH3 et de petites chaînes d’alcools sont intéressants, car ils sont d’un intérêt particulier dans le développement de catalyseurs technologiques. La plus importante des caractéristiques est l’efficacité des matériaux utilisés pour les réactions électrochimiques. Dans cette optique, les travaux de recherche sont orientés à étudier l’efficacité de nouveaux matériaux ou des matériaux modifiés d’alliages métalliques à l’aide d’un outil spectro-électroanalytique telle la spectrométrie de masse différentielle électrochimique (DEMS). Cette approche dynamique appliquée aux technologies électrochimiques contribuera grandement au développement de nouveaux matériaux et peut aussi être appliquée à la problématique de la concentration de CO2 dans l’atmosphère. La réduction catalytique de molécules de CO2 trouve son pendant en électrochimie. En effet, il est possible d’utiliser l’eau et les réactifs combinés à l’électricité sur un catalyseur pour promouvoir la formation de produits réduits ou hydrogénés à pression atmosphérique.L’approche électrochimique proposée vise à obtenir un impact sur l’environnement en éliminant non seulement le CO2, mais en le transformant en produits de valeur ajoutée tels le méthane, le méthanol, l’acide formique, l’éthane ou l’éthène, qui seront ensuite utilisés en pétrochimie ou en conversion de l’énergie dans une pile à combustible (ex. au méthanol ou à l’acide formique). Pour vraiment réduire globalement le CO2, il faut utiliser de l’énergie provenant de sources renouvelables (ou ne générant pas de gaz à effet de serre) comme l’hydroélectricité, le nucléaire ou mieux : l’éolienne et le solaire. 

Pierre Harvey : Laboratoire de synthèse organométallique et spectroscopie

Le groupe du Professeur Harvey s’intéresse à l’énergie et à la catalyse homogène et donc à l’environnement.À ce fait, le groupe Harvey, indépendamment ou en collaboration prépare et caractérise des nouveaux polymères conjugués organométalliques montrant des applications dans les domaines des cellules photovoltaïques plastiques incluant les cellules de Gratzel et des dispositifs WPLED (« White Polymer Light Emitting Diodes ») (1). En effet, les impacts environnementaux des cellules photovoltaïques sur les énergies propres et renouvelables sont évidents. Plus indirectement, la conception de WPLED pour l’éclairage intérieur, et peut-être un jour extérieur, représente un domaine large de haute importance pour l’économie de l’énergie, surtout dans les pays où l’électricité est produite d’une manière polluante (combustibles fossiles, nucléaires, etc.). Au niveau de la catalyse homogène, l’économie d’atomes et de rejets de produits toxiques est de hautes priorités dans l’industrie chimique moderne. Le prix Nobel décerné 2005 (Yves Chauvin, Robert H. Grubbs, Richard R. Schrock)est une très belle évidence de cette importance. Nous nous intéressons à l’élaboration de nouveaux catalyseurs afin d’améliorer la régiosélectivité et stéréosélectivité. Le groupe Harvey est aussi équipé d’équipements de fluorescence sensible, incluant avec sources lasers pouvant faire de la détection de traces de polluants.

Jean Lessard : Laboratoire d'électrocatalyse

L’hydrogénation électrocatalytique (HÉC) de composés organiques en milieu aqueux est une méthode verte et sélective pour hydrogéner différents groupements fonctionnels. L’hydrogène adsorbé (Hads, espèce active) est généré in situ par réduction électrochimique de l’eau (l’électricité est une source d’énergie propre si produite « proprement »). Les conditions de température et de pression sont douces (en éliminant la dissociation thermique du dihydrogène), ce qui permet une plus grande sélectivité. La manipulation du dihydrogène est supprimée. Après identification des principaux facteurs qui influencent la compétition entre hydrogénation et désorption de Hads (l’efficacité de courant), des recherches fondamentales sont en cours en collaboration avec Gregory Jerkiewicz de Queen’s University afin de comprendre comment ces facteurs interviennent et interagissent. Ce sont des études cinétiques et thermodynamiques utilisant des monocristaux comme cathode et portant sur la détermination de la nature du Hads actif, sur l’adsorption des substrats organiques (Sads) et sur les interactions Hads-Sads-surface catalytique. Le but final est le développement de catalyseurs plus actifs et plus sélectifs.

Un projet de collaboration impliquant Estaban Chornet de la compagnie Enerkem Technologies Inc. (Sherbrooke), Jean-Michel Lavoie du Département de génie chimique, titulaire de la Chaire en éthanol cellulosique et en biocarburants de seconde génération, et la compagnie Fractal Systems (Sherbrooke), vise la conversion de la biomasse lignocellulosique (source renouvelable et biomasse non reliée à l’alimentation) en biocarburants en appliquant les principes de la chimie verte (catalyseurs actifs recyclables et de longue durée de vie, eau et/ou éthanol comme solvant, conditions utilisant peu d’énergie). Ce projet comporte deux volets : 1) déshydratation de pentoses issus de l'hémicellulose en furfural, hydrogénation de ce dernier en alcool furfurylique qui est ensuite converti en lévulinate d'éthyle (biodiésel); 2) déshydratation d'hexoses issus de la cellulose en hydroxyméthylfurfural puis conversion de ce dernier en acide formique et en acide lévulinique (transformé subséquemment en ester).