Admirer des atomes ailleurs qu’à l’aréna

Oubliez l’image du microscope optique reçu à votre 10^e anniversaire. Ce dont il est question ici, c’est de microscopes qui mesurent environ 2 mètres de haut et qui permettent d’agrandir des échantillons de l’ordre de 8 millions de fois ! Plus besoin de sortir de la province pour bénéficier de microscopes électroniques et d’instruments haute performance qui permettent l’analyse de la structure et l’étude des propriétés des matériaux de pointe jusqu’à des résolutions atomiques.

Le professeur Nadi Braidy, du Département de génie chimique et de génie biotechnologique, est à la tête d’un nouveau réseau québécois qu’il a créé avec ses partenaires. L’UdeS s’allie à Polytechnique Montréal, l’Université de Montréal, l’université McGill, l’Université Laval, l’université Concordia et l’École de technologie supérieure dans ce qui est officiellement nommé le Réseau québécois pour la microscopie électronique des matériaux. Ces organisations auront désormais un accès privilégié à ce type d’instrumentation.

Faire avancer les matériaux de pointe

Cette plateforme de collaboration réunira tout un réseau québécois de chercheurs à la croisée des chemins en chimie, en physique et en matériaux, qui consacrent temps et argent pour faire progresser le domaine des matériaux avancés. Et l’importance pour une société du savoir de posséder de tels microscopes électroniques? « Essentiel pour faire progresser des domaines comme l’aérospatial, la restauration environnementale, la conversion de l’énergie, la santé, et j’en passe », affirme le Pr Braidy. Nous sommes 300 chercheurs à s’y consacrer juste au Québec. Tout le cycle d’innovation des matériaux dépend des observations de haut niveau que permettent ces instruments : que ce soit pour valider la structure attendue, pour optimiser un procédé de fabrication, pour sonder des causes de défaillance ou même faire de nouvelles découvertes. On va pouvoir étudier la morphologie, la nature et la composition des liens chimiques jusqu’à l’échelle de l’atome. »

Le doyen de la Faculté de génie, le Pr Patrik Doucet, tenait à souligner le travail du Pr Braidy. « Nadi a su rallier les universités. Créer un tel réseau avec de telles infrastructures, c’est digne de mention, insiste-t-il. Mettre en commun les équipements, les ressources, le savoir-faire universitaire permettra d’offrir aux écosystèmes académique et industriel un accès aux dernières innovations en matière de microscopie. »

On peut séparer en quatre thématiques les projets de recherche rattachés aux infrastructures du Réseau : les matériaux d’ingénierie, les nanoparticules et les matériaux réactifs pour les technologies vertes, les matériaux optoélectroniques, micro- et nanoélectroniques et le développement des techniques avancées en lien avec la microscopie électronique.

Agrandir 8 millions de fois !

D’ici deux ans, on retrouvera à l’Institut interdisciplinaire d’innovation technologique (3IT) un microscope électronique en transmission muni de la toute dernière génération de lentilles capables de corriger l’aberration sphérique, qui est le principal défaut optique qui limite le pouvoir de résolution du microscope. On parle ici de pièces et de composants fabriqués avec une qualité aérospatiale. Ce qui était auparavant agrandi environ 2 millions de fois avec un microscope électronique normal le sera environ 8 millions de fois avec ce microscope, avec tout autant de netteté. « C’est un appareil ultra sensible, donc nous avons beaucoup investi dans la salle qui accueillera ce microscope : on parle ici d’une dalle de béton stable, d’un environnement contrôlé en température, d’un environnement assaini en termes électromagnétiques. Même un néon peut faire osciller un échantillon, alors tout est pensé en termes de choix d’environnement. Étant le centre névralgique pour le développement des matériaux de pointe à l’Université, le 3IT était l’endroit tout indiqué pour y héberger le microscope », explique le chercheur.

La microscopie électronique en transmission est une technique de microscopie qui consiste à utiliser les électrons plutôt que la lumière pour sonder les matériaux. Il s’agit de traverser un échantillon mince avec un faisceau d’électrons et à utiliser tout un système de lentilles électromagnétiques pour former une image à partir du faisceau transmis. Les effets d'interaction entre les électrons et l'échantillon donnent naissance à une image, dont la résolution peut atteindre 0,08 nanomètre. En étudiant les rayonnements X générés au passage du faisceau d’électrons ou en analysant le spectre des électrons transmis, il est aussi possible de cartographier la composition chimique de l'échantillon, et ce, à la même échelle que l’imagerie.

Financement

Le financement de 23,3 M$, rappelons-le, provient de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) et le ministère de l’Économie, de la Science et de l’Innovation du Québec. Cela permettra d’équiper les institutions du Québec des dernières générations de microscopes électroniques à transmission. Pour l’UdeS, on parle d’un investissement fédéral et provincial de l’ordre de 6,4 M$.