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L’immense potentiel des nanotechnologies

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De l’or rouge? Du carbone plus solide que l’acier? Du fer non magnétique? Bienvenue dans l’univers étrange des nanoparticules, là où la matière change radicalement de comportement. Un monde plein de nouvelles possibilités, qui fait rêver les chercheurs… et les ingénieurs.

L’infiniment petit recèle des surprises… de taille. Des matières que l’on croyait bien connaître acquièrent des propriétés inattendues lorsqu’on en isole des nanoparticules, de microscopiques molécules de la taille d’un virus. À cette échelle, l’or – doré et inerte à son état normal – change de couleur et devient beaucoup plus réactif. Il est alors un excellent catalyseur pour faciliter certaines réactions chimiques. Le carbone, quant à lui, devient cent fois plus résistant que l’acier, tout en étant de six à huit fois plus léger.

Les nanoparticules transforment carrément la façon de concevoir la matière. «En dispersant des nanoparticules ou des nanomatériaux dans des matrices de polymères ou de métaux, on arrive à changer leurs propriétés», explique Nadia Capolla, directrice, soutien au développement des affaires à NanoQuébec, un organisme gouvernemental dont l’objectif est de soutenir l’innovation dans le domaine des nanotechnologies dans la province.

Dans un produit près de chez vous

Ce n’est pas d’hier que ces nanoparticules sont utilisées. Au Moyen Âge, les maîtres verriers se servaient de nanoparticules d’or ou d’argent, obtenues par la dissolution de ces matières dans de l’acide, pour colorer les vitraux. En 2006, des chercheurs allemands découvraient des nanotubes de carbone dans un sabre de Damas datant du XVIIe siècle. Leur présence expliquerait la solidité et la légèreté de cette arme redoutable, à laquelle les Occidentaux faisaient face depuis les premières croisades.

De nos jours, les nanoparticules sont utilisées dans de nombreux produits. On en trouve dans la crème solaire, les revêtements antibuée pour les lunettes, le béton, les tuyaux de plastique, le vernis à plancher… Des nanoparticules de silice peuvent, par exemple, servir à imperméabiliser du béton, alors que des nanotubes de carbone allègent beaucoup les vélos ou les raquettes de tennis.

Le Québec possède une expertise de calibre mondial dans le domaine des nanotechnologies. Selon NanoQuébec, la province compte notamment 400 M$ en équipements de pointe, dont 300 M$ au sein de l’Infrastructure québécoise en nanotechnologie (IQN), un réseau de 11 installations offrant l’accès à des laboratoires spécialisés ainsi que des services de formation et d’encadrement de projet, entre autres. Ces infrastructures ont jusqu’à maintenant été utilisées par 1 500 usagers, dont au moins 250 entreprises. De plus, près de 300 professeurs œuvrent en nanotechnologies au Québec, dont 30 qui sont titulaires de chaires de recherche du Canada.

Les nanotechnologies sont étudiées et utilisées dans plusieurs domaines, entre autres les matériaux, l’électronique et la photonique. À Boisbriand, Raymor Nanotech fabrique des nanotubes de carbone à l’aide d’un plasma, une flamme de plusieurs milliers de degrés. Sa division Nanointegris nettoie ces nanotubes et les intègre dans la composition d’encres pour imprimantes. «Ces encres ont une fonctionnalité électrique, explique Jens Kroeger, directeur de la Technologie. On peut donc les utiliser pour imprimer des circuits ou des transistors, par exemple.»

Raymor emploie trois ingénieurs en génie physique et chimique. Leurs tâches sont très vastes : elles incluent la recherche et développement et le contrôle de procédés, mais aussi la rédaction de matériel promotionnel et le marketing. «Nous ne nous faisons pas connaître par des publicités grand public, mais plutôt par notre présence à des salons professionnels, indique Jens Kroeger. Il faut avoir une connaissance approfondie des caractéristiques physiques et chimiques de nos matériaux pour en faire la promotion auprès d’éventuels acheteurs.»

À Québec, SiliCycle développe et fabrique quant à elle des gels de silice à haute valeur ajoutée. «Nous produisons notamment de petites particules sphériques qui vont dans les colonnes HPLC, des tubes en acier d’une dizaine de centimètres de long et d’un diamètre de un à cinq millimètres utilisés pour faire des analyses chromatographiques en laboratoire, explique le directeur des opérations, Simon Bernier. Ce genre d’instrument peut, par exemple, être utilisé pour détecter la présence de pesticides sur des pommes.» Ces produits sont également employés dans le développement de médicaments par les compagnies pharmaceutiques ou les centres de recherche universitaires.

De grands espoirs

S’il y a un champ d’activité où les nanotechnologies offrent de nombreuses possibilités, c’est celui de la santé, un domaine que connaît bien Sylvain Martel, directeur du Laboratoire de NanoRobotique à Polytechnique Montréal. Dans ce secteur, elles permettent le développement de procédés qui pourraient révolutionner le traitement de certaines maladies.

L’un des objectifs principaux du Laboratoire est de développer des systèmes de livraison de médicaments ciblant directement les tumeurs, ce qui limite les effets secondaires de la chimiothérapie. Sylvain Martel travaille notamment avec le SN-38, un composé organique issu de l’irinotécan, un médicament utilisé dans le traitement du cancer colorectal. «Nous sommes à l’étape de démontrer, sur des modèles animaux, que notre solution permet d’acheminer directement le médicament à la tumeur en le faisant naviguer dans les vaisseaux sanguins. Cette méthode est préférable à la chimiothérapie, qui affecte aussi les cellules saines», explique le chercheur.

Pour y arriver, il utilise deux technologies. D’abord, des nanoparticules sont encapsulées dans des polymères biocompatibles et biodégradables. Elles agissent à la fois comme petits moteurs, pour faire progresser le médicament dans le corps humain, et comme agent de contraste, permettant de suivre leur progression. Ensuite, on introduit une chaîne de nanoparticules dans une bactérie, laquelle guide les médicaments vers la tumeur.

L’ingénieur, un chef d’orchestre

L’ingénieur en nanotechnologie doit généralement travailler en équipes multidisciplinaires. Par exemple, Sylvain Martel, ingénieur formé en génie électrique et en mécatronique, collabore avec neuf équipes, parmi lesquelles se trouvent des oncologues, des radio-oncologues, des biochimistes, des techniciens, des ingénieurs en mécanique, électronique ou informatique, des biologistes et des pharmacologistes. «C’est un peu comme un musicien appelé à diriger tout un orchestre. Il doit avoir des connaissances de base de plusieurs autres instruments et se perfectionner continuellement», dit-il.

Si la plupart des entreprises qui fabriquent des nanomatériaux sont connues, il n’en va pas nécessairement de même de celles qui les utilisent, ce qui peut amener des questions quant à la sécurité des travailleurs.

Selon lui, l’ingénieur est particulièrement bien placé pour jouer ce rôle. «Il importe peu que l’on travaille avec des bactéries ou autre chose, l’ingénieur reste un spécialiste de la résolution de problème, lance-t-il. En génie, il s’agit toujours d’utiliser les lois de la physique pour parvenir à un résultat.»

Selon Marc-André Fortin, professeur de génie des matériaux à l’Université Laval, les nanotechnologies poussent la fonction de l’ingénieur à sa limite. «En général, le rôle de l’ingénieur en nanotechnologie est de prendre les nouveaux mécanismes physiques ou les nouvelles techniques de synthèse chimique développées en recherche fondamentale et de les intégrer dans le développement de nouveaux dispositifs, procédés et traitements biomédicaux innovants», souligne-t-il.

L’avenir prometteur des nanos

Pour ce professeur, l’ingénieur sera donc sur la première ligne de la transformation des nanoparticules en technologies aux applications concrètes et en produits commercialement exploitables.

Les nanoparticules promettent beaucoup. Mais le risque est-il aussi élevé que les espoirs? Marc-André Fortin affirme qu’évaluer la toxicité des nanoparticules sur les humains ou leur impact sur l’environnement est beaucoup plus complexe que de jauger ces mêmes aspects dans le cas d’une simple molécule. La toxicité peut dépendre du type de particule, de la quantité utilisée et de la forme de son utilisation (par exemple, en injection intraveineuse ou en inhalation pulmonaire dans le domaine de la santé). Il appuie donc le développement et l’application de contrôles très serrés, réalisés par des professionnels qualifiés, afin de limiter les risques tout en assurant une exploitation optimale de ces nouvelles technologies.

Nadia Capolla rappelle de son côté qu’il n’y a pas de loi précise obligeant les entreprises à déclarer leur utilisation de nanomatériaux. Si la plupart des entreprises qui les fabriquent sont connues, il n’en va pas nécessairement de même de celles qui les utilisent, ce qui peut amener des questions quant à la sécurité des travailleurs. «Par exemple, les poudres de nanoparticules exigent une grande protection du système respiratoire des travailleurs, et il est actuellement très difficile de savoir si cela est respecté partout.»

Les nanoparticules vont transformer une partie du travail des ingénieurs. Mais leur utilisation risque aussi de susciter des débats qui, eux, n’auront rien de «nano»!

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