Chaire en plasma à Polytechnique

Les applications vont des voitures aux satellites en passant par les contenants alimentaires.

L'École Polytechnique inaugurait, le 9 octobre dernier, sa toute nouvelle Chaire industrielle en plasma basse pression.

«Le plasma est un gaz qui a été ionisé par décharge électrique et qui est électriquement neutre», explique le titulaire de la Chaire, Michael Wertheimer. Les plasmas sont considérés comme un quatrième état de la matière, après les états solide, liquide et gazeux. La presque totalité de la matière connue dans l'univers est sous forme de plasma puisque les étoiles et les nuages de poussière interstellaire en sont constitués.

Plus près de nous, la foudre et les aurores boréales en sont d'autres manifestations bien connues.

La chaire en plasma ne produira ni quasars ni spectacles célestes mais contribuera à l'amélioration de différents produits faisant partie de la vie de tous les jours, comme les emballages de produits alimentaires, les pièces automobiles et même les satellites qui vous permettent de recevoir vos bulletins quotidiens de nouvelles télévisées.

Applications industrielles

«Les plasmas créent des particules chimiquement très réactives qui peuvent se déposer en très minces couches sur divers supports de plastique, de papier ou de métal, reprend M. Wertheimer. L'une des premières applications industrielles d'un tel traitement a été son utilisation dans la fabrication de circuits électroniques intégrés comprenant de minces couches de silicium et de ses composés.»

Lorsqu'on dit «très minces couches», on est dans le très très mince; on parle alors en micromètres et même en nanomètres (10-9 m), ce qui peut aussi se mesurer en nombre de couches moléculaires.

À partir des applications en électronique, l'industrie de l'automobile s'est demandé si elle pouvait tirer des avantages de ce procédé. Pour alléger les voitures, on recourt de plus en plus à des polymères dont certains n'offrent aucune adhérence à la peinture. Le traitement de ces pièces, tels pare-chocs ou boîtiers de rétroviseur, au plasma d'air ou d'oxygène en modifie la surface et permet à la peinture d'y adhérer fortement.

L'étanchéité des réservoirs d'essence pourrait aussi être améliorée. «Les réservoirs sont maintenant faits de plastiques partiellement perméables aux vapeurs d'essence, explique le professeur. Un traitement au plasma les rendrait moins perméables, ce qui réduirait la pollution causée par ces gaz à effet de serre.»

Un des volets de la chaire en plasma, financé par la compagnie Ford, porte sur le développement de ces applications aux pièces automobiles.

L'industrie alimentaire est également intéressée par le procédé, qui permet de fabriquer des contenants parfaitement étanches. Les pellicules de polymères de type cellophane avec lesquelles on enveloppe certains aliments, par exemple, laissent passer l'oxygène, ce qui entraîne la dégradation du produit. Dans d'autres emballages, comme les cartons de jus ou les sacs de viniers, on a ajouté une couche d'aluminium au contenant, ce qui le rend non recyclable et dispendieux.

Une application d'oxyde de silicium par traitement au plasma règle ces deux problèmes. L'oxyde de silicium, qui est en fait du simple verre, est complètement inerte tout en étant transparent à la lumière et aux micro-ondes. Ceci permettrait d'avoir des contenants translucides, parfaitement recyclables et pouvant être utilisés dans les fours à micro-ondes contrairement à ceux comportant de l'aluminium.

De tels produits ont déjà fait leur apparition sur le marché. La compagnie Polar Materials de Toronto, qui fabrique des emballages de produits pharmaceutiques et alimentaires, est un autre partenaire financier qui a confié à la chaire le mandat d'élaborer le procédé.

Protéger les satellites

Comme l'oxyde de silicium n'est pas altéré par l'oxygène moléculaire ou atomique, il revêt un intérêt particulier pour la protection des satellites. À basse altitude, les satellites sont érodés par l'oxygène atomique produit par l'effet des rayons ultraviolets sur les molécules d'oxygène. En revêtant les pièces extérieures d'une couche d'oxyde de silicium, on les protège contre l'érosion et leur durée de vie est nettement augmentée.

Le satellite d'observation Radarsat 2, qui comme son prédécesseur actuellement en service verra de nuit et à travers les nuages, bénéficiera de ce type de revêtement protecteur sur lequel l'équipe de Michael Wertheimer poursuit des recherches depuis près d'une dizaine d'années.

Forum a fait état d'une expérience dans cet axe de recherche en présentant, en avril dernier, les travaux d'Alain Houdayer portant sur les pièces électroniques des satellites. M. Houdayer espérait alors pouvoir livrer le matériel d'expérience, incluant le revêtement d'oxyde de silicium, à la station orbitale Mir pour le mois de mai.

Mais il n'y a pas qu'à Postes Canada où les délais de livraison sont parfois plus longs que prévu, si bien que le matériel est toujours sur le campus. M. Wertheimer nous assure que l'expédition qui devrait emporter le précieux colis est «imminente».

Pour mener à bien toutes ces recherches, la Chaire en plasma bénéficie d'une subvention de 825 000 $ du CRSNG et d'un financement de 750 000 $ provenant des compagnies Ford et Polar Materials. Ces subventions, accordées pour une période de cinq ans, sont renouvelables.

Le titulaire, Michael Wertheimer, professeur au Département de génie physique, a été boursier Killam et possède une renommée internationale dans le domaine des applications de couches minces. Son équipe scientifique est composée de Gregory Czeremuszkin, Jolanta Sapieha, Ludvik Martinu, Georges Cerny et Gilles Jalbert, ainsi que de plusieurs étudiants des cycles supérieurs et de stagiaires postdoctoraux.

Daniel Baril