Nauman Shafiq Qureshi : du génie mécanique à l'analyse du cycle de vie environnemental

Pour Nauman Shafiq Qureshi, l'ingénierie n'a jamais été une destination figée. Son parcours l'a conduit de l'ingénierie mécanique au Pakistan vers le monde de l'industrie, puis vers l'ingénierie industrielle en France, avant de l'amener aujourd'hui à mener des recherches doctorales à l'Université de Sherbrooke. Au fil de ce parcours, sa fascination de longue date pour les machines a donné lieu à une réflexion plus large : comment l'ingénierie peut-elle contribuer au développement industriel tout en relevant les défis environnementaux qui y sont liés ?

À l’Université de Sherbrooke, Nauman Shafiq Qureshi prépare son doctorat sous la direction de la professeure Marie-Luc Arpin, de l’École de gestion, dans le cadre d’un projet de recherche doctorale conjoint financé par le Centre international de recherche (IRC) CNRS-UdeS « Innovations pour une planète durable ». La professeure Marie-Luc Arpin est également chercheuse affiliée au Laboratoire international de recherche (IRL) Nanotechnologies Nanosystèmes (LN2) du CNRS, situé au sein de l'écosystème d'innovation de l'Institut interdisciplinaire d'innovation technologique (3IT) de l'Université de Sherbrooke.

Aujourd’hui, les recherches de Nauman Shafiq Qureshi portent sur les batteries lithium-ion et combinent l’analyse du cycle de vie, les risques liés à la chaîne d’approvisionnement et leur atténuation, la criticité des ressources et les considérations environnementales. Ses travaux s’inscrivent dans le cadre d’un projet de recherche plus vaste au sein duquel des équipes du Québec et de France associent la recherche technologique sur les matériaux des batteries à une évaluation de leurs implications environnementales, économiques et en matière de chaîne d’approvisionnement.

Il s’agit d’un environnement pluridisciplinaire particulièrement bien adapté à un chercheur qui décrit son propre parcours universitaire et professionnel comme un processus d’évolution continu.

Des machines à l'ingénierie durable

Ayant grandi au Pakistan, Nauman Shafiq Qureshi était fasciné par les machines. L'ingénierie lui semblait donc être un choix tout naturel.

Pendant mes études primaires et secondaires, j'ai toujours voulu devenir ingénieur, car j'ai toujours aimé travailler avec les machines. Les machines me fascinaient énormément quand j'étais enfant.

Nauman Shafiq Qureshi

Il a commencé un cursus de licence en génie mécanique vers 2011 et l’a terminé en 2015. Son intérêt pour les sciences allait toutefois bien au-delà de ce qu’il découvrait en classe. Enfant, une explication lui en amenait souvent une autre : pourquoi telle chose se produit-elle, qu’est-ce qui la provoque et quelle est la logique qui la sous-tend ? Ce qu’il souhaitait avant tout, c’était avoir davantage accès à l’expérimentation et aux travaux pratiques en laboratoire.

Après avoir obtenu son diplôme, il a choisi de ne pas s’engager immédiatement dans des études de troisième cycle. Bien qu’un master, puis un doctorat, faisaient déjà partie de ses projets, il souhaitait d’abord acquérir une expérience en milieu industriel. Il a donc passé environ six ans à travailler dans l’industrie du ciment au Pakistan, où sa fonction principale consistait à planifier les ressources.

Cette expérience lui a également révélé le fossé qui peut parfois séparer la formation universitaire de la pratique industrielle. En repensant à ses études de premier cycle, Nauman Shafiq Qureshi évoque une solide formation théorique, mais un contact limité avec le monde de l’industrie. Son entrée dans le monde du travail a donc nécessité une période d’adaptation, durant laquelle il a appris comment fonctionne un environnement industriel et comment les différents niveaux d’une organisation interagissent.

Vers 2023, un nouveau chapitre s’est ouvert lorsqu’il s’est installé en France pour suivre un master en génie industriel durable à Grenoble INP. Ce changement a élargi sa compréhension de ce que l’ingénierie pouvait recouvrir. Il s’est alors familiarisé avec le développement durable et l’économie circulaire, des domaines qui offraient un moyen d’envisager le développement industriel en tenant compte de ses conséquences environnementales.

Cette perspective revêt une importance croissante : les industries et les technologies doivent continuer à se développer et à évoluer tout en maîtrisant les défis environnementaux afin d’éviter une détérioration significative à l’avenir.

Nauman Shafiq Qureshi

Au cours de son master, des projets menés avec Schneider Electric et le laboratoire de recherche G-SCOP lui ont permis d’acquérir de l’expérience en matière d’analyse du cycle de vie et d’approches liées à l’économie circulaire. Il a été particulièrement frappé par les liens étroits qu’il a observés entre les universités françaises et l’industrie, notamment les collaborations de recherche impliquant des étudiants. Ces expériences ont renforcé sa curiosité pour l’évaluation environnementale et l’ont aidé à définir l’orientation qu’il souhaitait suivre au niveau du doctorat.

Tout mon parcours a été une sorte d’évolution à travers différents domaines de l’ingénierie.

Nauman Shafiq Qureshi

Cette évolution l’a conduit de l’ingénierie mécanique à l’ingénierie industrielle, puis finalement vers l’évaluation environnementale et la circularité. Lorsqu’il a commencé à rechercher des possibilités de doctorat, il savait qu’il souhaitait continuer à travailler dans les domaines de l’analyse du cycle de vie, de l’ingénierie environnementale et de l’économie circulaire. Il a finalement trouvé cette opportunité à Sherbrooke.

Repenser les matériaux qui composeront les batteries de demain

À l’Université de Sherbrooke, Nauman Shafiq Qureshi s’intéresse désormais aux batteries lithium-ion et à un défi situé à la croisée de l’énergie, des matériaux et du développement durable.

Ses recherches doctorales s’inscrivent dans le cadre du projet ECO-LIB, acronyme de « Ecodesign of Binders and Recycled Materials for Li-ion Batteries » (Écoconception de liants et de matériaux recyclés pour les batteries lithium-ion). Ce projet collaboratif vise à développer des batteries lithium-ion plus durables et plus efficaces à partir de matériaux recyclés et de sous-produits industriels. Il explore le silicium récupéré à partir de panneaux photovoltaïques en fin de vie, le germanium issu des déchets microélectroniques, ainsi que les liants à base de lignine sulfonée provenant de l’industrie de la pâte à papier et du papier.

Cette approche s’inscrit dans le cadre de l’économie circulaire : les matériaux récupérés dans un secteur industriel deviennent des ressources potentielles pour un autre. Mais démontrer que les matériaux recyclés peuvent fonctionner dans une batterie n’est qu’une partie du défi. ECO-LIB évalue également les performances environnementales et économiques de la batterie proposée et prend en compte la criticité des ressources, les facteurs géopolitiques et la disponibilité en eau en France et au Québec.

Pour Nauman Shafiq Qureshi, l’un des atouts du projet réside précisément dans le fait que les questions technologiques et environnementales ne sont pas abordées séparément :

Ces deux projets ne sont pas isolés, ils sont liés l’un à l’autre. [...] Nous étudierons toutes les dimensions. De l’électrochimie aux impacts environnementaux, en passant par les études sur la chaîne d’approvisionnement.

Nauman Shafiq Qureshi

Sa propre contribution porte sur l’analyse du cycle de vie et les chaînes d’approvisionnement. La recherche permettra d’identifier les chaînes d’approvisionnement en silicium, en germanium et en liants pour batteries, de comparer les filières conventionnelles et alternatives en France et au Québec, et d’évaluer leurs performances environnementales et économiques ainsi que leur caractère critique. Ces travaux prennent également en compte la disponibilité locale en eau et examinent la manière dont les informations techniques et environnementales sont interprétées et utilisées par les acteurs universitaires et locaux.

ECO-LIB : deux projets de thèse, une question de recherche commune

Comment les batteries lithium-ion peuvent-elles intégrer des matériaux recyclés et des sous-produits industriels tout en conservant leur efficacité technique et en réduisant leur impact environnemental ainsi que les vulnérabilités de la chaîne d'approvisionnement?

ECO-LIB rassemble deux projets de thèse complémentaires et deux équipes de recherche situées au Québec et en France. Le projet est dirigé par Laure Monconduit of the Institut Charles Gerhardt Montpellier (ICGM) et Guillaume Junqua de IMT Mines Alès du côté du CNRS et de la France, ainsi que par Abderraouf Boucherif et Marie-Luc Arpin, de l’Université de Sherbrooke, au Québec.

Noé Bouilhaguet : Des matériaux recyclés aux performances des batteries

Sous la direction de Laure Monconduit et d’Abderraouf Boucherif, les travaux de thèse de Noé Bouilhaguet portent sur la validation technologique du concept. Ces travaux consistent à caractériser le silicium et le germanium recyclés, ainsi que les liants à base de sulfonate de lignine, avant d’utiliser ces matériaux pour formuler des électrodes et fabriquer les batteries correspondantes. Leurs performances électrochimiques sont ensuite évaluées et comparées à celles obtenues avec des approches conventionnelles.

L’équipe de l’Université de Sherbrooke est chargée de collecter et de caractériser les matériaux recyclés, notamment le silicium issu de panneaux photovoltaïques et les matériaux provenant de déchets microélectroniques. Une partie des matériaux actifs à base de silicium et de silicium-germanium sera également rendue poreuse afin d’étudier l’influence de cette structuration sur les performances électrochimiques. L’équipe de l’ICGM fabriquera des anodes à partir des matériaux et polymères fournis par l’Université de Sherbrooke et étudiera leur comportement électrochimique et structurel au cours des cycles de charge et de décharge des batteries lithium-ion.

Nauman Shafiq Qureshi : performances environnementales, cycle de vie et criticité de la chaîne d’approvisionnement

Le deuxième projet de doctorat, mené par Nauman Shafiq Qureshi sous la direction de Marie-Luc Arpin et Guillaume Junqua, complète la recherche technologique par une analyse du cycle de vie et de la chaîne d’approvisionnement. Il permettra de développer une méthodologie d’analyse du cycle de vie afin de comparer les performances environnementales et économiques de la batterie proposée à celles des batteries conventionnelles en France et au Québec, tout en intégrant la criticité des ressources, les considérations géopolitiques et la disponibilité en eau.

Cette recherche relie quatre secteurs industriels : la microélectronique, le photovoltaïque, l’industrie forestière et les batteries lithium-ion. Elle cartographiera les chaînes d’approvisionnement conventionnelles et alternatives, évaluera leurs performances environnementales et leur criticité, et examinera comment les données techniques, environnementales et de criticité qui en résultent sont appropriées par les acteurs universitaires et locaux.

Un projet, des perspectives complémentaires

Ensemble, ces deux projets de doctorat associent la faisabilité technologique à l’évaluation socio-environnementale. Le premier apporte une validation de principe pour des batteries lithium-ion intégrant des matériaux recyclés et des liants alternatifs. Le second évalue les implications socio-environnementales des voies de recyclage et d’écoconception proposées. Cette complémentarité permet à ECO-LIB d’aborder le développement des batteries sous l’angle de l’électrochimie, de l’analyse du cycle de vie, de la criticité des ressources et de la gestion de l’eau, plutôt que de traiter ces dimensions séparément.

Des panneaux solaires aux batteries

Un exemple illustre particulièrement bien cette approche circulaire : le silicium récupéré à partir de panneaux photovoltaïques en fin de vie.

Le silicium que nous extrayons des panneaux photovoltaïques peut être utilisé dans les batteries lithium-ion.

Nauman Shafiq Qureshi

Dans le cadre du projet ECO-LIB, le silicium récupéré à partir de panneaux photovoltaïques est envisagé pour l’anode, tandis que le germanium issu des déchets microélectroniques et le sulfonate de lignine provenant des sous-produits de l’industrie de la pâte à papier et du papier constituent d’autres matières premières potentielles. Le silicium recyclé permettrait d’éviter certaines étapes de purification et la consommation d’eau qui y est associée, tout en réduisant la dépendance vis-à-vis des sources d’approvisionnement étrangères. Le germanium, quant à lui, est considéré comme un matériau critique et stratégique, car sa production est concentrée dans un nombre relativement restreint de pays.

Ce sujet renvoie à des questions auxquelles Nauman Shafiq Qureshi a été confronté bien plus tôt dans sa carrière. Alors qu’il travaillait au Pakistan, il a été témoin de pénuries d’énergie et a vu des entreprises, dont celle où il travaillait, se tourner vers l’électricité solaire. Le stockage de l’énergie est devenu le prolongement naturel de ces questions : les sources renouvelables telles que l’énergie solaire peuvent produire de l’électricité à certains moments, mais les batteries permettent de stocker cette énergie pour une utilisation ultérieure.

Ses recherches doctorales l’amènent également à dépasser les frontières disciplinaires qui lui sont familières. Évaluer la vulnérabilité de la chaîne d’approvisionnement, par exemple, l’oblige à s’intéresser à la géopolitique autant qu’à l’ingénierie.

Certaines de ces dimensions sont vraiment nouvelles pour moi. Par exemple, comment la géopolitique peut-elle influencer les politiques qui, en fin de compte, mettent à rude épreuve la chaîne d’approvisionnement des matières premières critiques ? Car lorsque nous étudions la chaîne d’approvisionnement, nous devons comprendre la géopolitique.

Nauman Shafiq Qureshi

Selon lui, la durabilité elle-même exige cette perspective élargie. Les questions environnementales recoupent des considérations économiques et sociétales. Son projet de thèse lui offre donc l’occasion de combiner sa formation d’ingénieur et son expérience en analyse du cycle de vie avec une nouvelle expertise dans les domaines des matériaux critiques, des chaînes d’approvisionnement et des sciences sociales.

Un nouvel environnement de recherche et une nouvelle vie à Sherbrooke

Son arrivée à Sherbrooke marque la plus récente étape d’un parcours international qui a conduit Nauman Shafiq Qureshi du Pakistan en France, puis au Canada. Au moment de l’entretien, cela ne faisait qu’un peu plus d’un mois qu’il était à Sherbrooke ; il a donc pris soin de préciser que ses impressions n’étaient que préliminaires.

L’une des différences qui l'a tout de suite frappé est l’environnement du campus. Ayant étudié à Grenoble INP, dont il décrit les établissements comme étant répartis aux alentours de Grenoble, il a découvert une expérience différente à l’Université de Sherbrooke.

Quand je suis arrivé à l’Université de Sherbrooke, […] ma première impression a été que c’était très agréable, car on y ressent vraiment l’ambiance d’un campus universitaire.

Nauman Shafiq Qureshi

Il parle également en termes positifs de l’environnement universitaire et des laboratoires qu’il a découverts. Malgré l’ampleur d’un déménagement international, un aspect de la vie québécoise lui était déjà quelque peu familier : le français. Son départ du Pakistan pour la France avait constitué une transition linguistique bien plus importante, puisqu’il avait auparavant étudié l’anglais mais pas le français. Son immersion en France l’a encouragé à apprendre la langue. Il utilise désormais le français dans les situations quotidiennes, même s’il préfère l’anglais pour les conversations nécessitant davantage de précision.

L’installation à Sherbrooke a également été une transition familiale. Son épouse, qui l’avait accompagné pendant ses années en France, s’est installée au Canada avec lui, et leur fille est née en France peu avant leur départ. Voyager et s’installer dans un nouveau foyer avec un nouveau-né a ajouté une autre dimension à cette expérience. Il se souvient tout particulièrement du soutien qu’il a reçu de la part des membres de l’Université de Sherbrooke, notamment de l’aide apportée par sa superviseure de thèse lorsqu’il cherchait à trouver un appartement depuis l’étranger.

Sur le plan professionnel, il constate une adéquation particulièrement bonne entre son propre parcours et le caractère multidisciplinaire de l’IRC :

Mon profil s’articule autour de différentes dimensions, et j’ai le sentiment d’être à la bonne place.

Nauman Shafiq Qureshi

En dehors de la recherche, Nauman Shafiq Qureshi suit l’actualité et aime regarder le football, un intérêt qui s’est renforcé pendant ses années en France. Il aime également jouer au tennis. Le hockey sur glace, quant à lui, reste à découvrir dans le cadre de son expérience canadienne.

Ses ambitions professionnelles à long terme restent étroitement liées à un autre thème récurrent de son parcours : rapprocher la recherche et l’industrie. Son objectif immédiat est de terminer son doctorat et de tirer le meilleur parti de cette opportunité de recherche. Au-delà du doctorat, il se voit poursuivre ses recherches dans un environnement industriel.

À plus long terme, il s’imagine assumer des responsabilités accrues dans des projets de recherche et, à terme, s’orienter vers des fonctions de direction. Quant au lieu où cette carrière pourrait se dérouler, Nauman Shafiq Qureshi reste ouvert. Ayant déjà fait l’expérience de différentes cultures et de différents environnements de travail, il accorde une importance considérable à la culture dans laquelle s’inscrivent la recherche et l’innovation.

Cette ouverture reflète son parcours scientifique. Le génie mécanique l’a conduit vers l’industrie ; l’industrie vers le génie industriel durable ; la durabilité vers l’analyse du cycle de vie et l’économie circulaire ; et ces centres d’intérêt l’ont désormais conduit vers les batteries, les matériaux critiques et les chaînes d’approvisionnement. Plutôt que de tourner le dos à une discipline à chaque fois, Nauman Shafiq Qureshi a progressivement ajouté de nouvelles dimensions aux questions auxquelles il souhaite apporter des réponses.

Pour un chercheur qui décrit son propre parcours comme une histoire d’évolution, Sherbrooke est donc moins une fin qu’un nouveau départ.

Informations supplémentaires

Centre de recherche international (IRC) CNRS-UdeS Innovations pour une planète durable

Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes (LN2) IRL CNRS

Institut Charles Gerhardt Montpelier

Institut interdisciplinaire d'innovation technologique (3IT)