Après les biotechnologies, le génie génétique, le multimédia, voici que le Québec s'organise pour participer à la prochaine grande révolution scientifique, celle des nanotechnologies. L'une des ressources fondamentales pour y parvenir se trouve à l'université McGill; il s'agit du centre «Tools for Nanoscience», la «machineshop du XXIe siècle», dit-on.

Le domaine des nanotechnologies est si récent — il remonte à peine à une douzaine d'années — qu'une bonne part des instruments nécessaires pour y travailler reste à concevoir. Or, c'est précisément la mission que s'est donnée le laboratoire ultramoderne de l'université McGill dirigé par Peter Grütter.

Ce professeur de physique de l'université McGill est en soi un curieux personnage, puisque sa passion consiste à développer des microscopes capables de voir les atomes. Faisant sa thèse à l'Université de Bâle (Suisse) il y a une quinzaine d'années, Grütter a même conçu l'un des appareils les plus puissants au monde. «Pour la première fois, dit-il, on pouvait observer des atomes. Et ça, ç'a été tout un "feeling"!» Aujourd'hui encore, le chercheur se rappelle avec émotion les premières observations qu'il a menées aux petites heures du matin. «Je devais faire les mesures durant la nuit parce que c'est le moment de la journée où il y a le moins de vibrations... Je me rappelle l'émotion ressentie lorsque, rentrant chez moi à l'heure où les boulangers ouvrent leurs portes, je me disais que j'étais la seule personne au monde à avoir vu ce que je venais de voir! Imaginez, j'étais le seul au monde!!!»

Depuis cette époque, le physicien se passionne pour la construction d'instruments qui permettent de réaliser des mesures à l'échelle atomique. «Ce que nous cherchons à faire, dans la majorité des cas, relate le chercheur, vise des applications en nanoélectronique, c'est-à-dire à comprendre quelles sont les possibilités de traiter de l'information électroniquement dans des structures nanométriques.»

Fiction et réalité

Sentant qu'il vient de lâcher un mot qui fait rêver bien des amateurs de science-fiction, le prof Grütter s'empresse de corriger le tir. «La grande majorité des gens imaginent des nanorobots circulant dans nos vaisseaux sanguins pour réparer un tas de choses... mais ça, c'est de la science-fiction!, tranche-t-il. En réalité, les nanosciences vont s'appliquer à de fort nombreux domaines de notre vie quotidienne. Il s'agit en fait de matériaux qu'on peut confectionner à l'échelle atomique pour leur conférer des propriétés très différentes... des matériaux qui seront, par exemple, beaucoup plus résistants ou beaucoup plus légers.»

Pour montrer l'étendue des possibilités qu'offrent les nanotechnologies, il cite deux exemples auxquels on ne songerait sûrement pas: la crème solaire et les pneus. Le nouveau type de crème solaire dont parle le chercheur renferme des particules nanométriques qui filtrent de façon beaucoup plus efficace les rayons ultraviolets. De surcroît, parce que ces particules sont extrêmement petites, leur présence n'est pas détectable par notre peau, ce qui fait que celle-ci ne peut développer une réaction d'allergie. «On produit donc une crème hypoallergène très efficace pour bloquer les rayons solaires!», lance le professeur Grütter.

Il parle ensuite d'une membrane nanométrique développée par une entreprise américaine qui est infiniment plus étanche que tout ce qui existe. «Si on pouvait insérer ce matériau dans les pneus d'automobile, on les rendrait beaucoup plus étanches, explique-t-il. Or, on estime que le tiers des voitures américaines roulent avec des pneus mal gonflés, ce qui coûte environ 10 % plus d'essence. Si donc on réglait le problème d'étanchéité des pneus, non seulement ce serait bon pour l'environnement, mais également pour le porte-monnaie!»

La machineshop du XXIe siècle

Comme le spécialiste le fait remarquer si justement, toute recherche a besoin pour progresser d'instruments sans cesse plus performants. «Nous avons besoin de nouveaux microscopes qui permettent de comprendre ce qui se passe, indique M. Grütter. Il y a environ trois ans, nous avons reçu dix millions de dollars de la part des gouvernements et d'entreprises privées pour construire ce qu'on appelle le Tools for Nanoscience, qu'on qualifie de machineshop du XXIe siècle !»

Ce vaste laboratoire aménagé sur le campus de l'université McGill comprend trois composantes étroitement imbriquées: une salle blanche disposant d'installations de micromachinerie, des appareils de manipulation atomique qui permettent aux chercheurs de concevoir de nouveaux dispositifs atome par atome, ainsi qu'un superordinateur pour modéliser des matériaux.

Le professeur Grütter explique qu'en plus de servir aux travaux de ses collègues de McGill, ces installations sont à la disposition d'une vaste panoplie d'utilisateurs, dont des chercheurs oeuvrant dans des hôpitaux ou dans des facultés de génie ou de chimie. «Il y a aussi des entreprises qui utilisent nos instruments pour travailler sur des produits qui ne sont peut-être pas nano — mais ça, ça nous est égal!»

Des microlentilles de 200 microns !

C'est notamment le cas d'Andrew Kirk, professeur de génie électrique et informatique de l'université McGill, qui travaille non pas à l'échelle nanométrique, mais à celle des photons de lumière. «Je manipule la lumière et j'utilise des microlentilles qui ont 200 microns de dimension, dit-il. C'est de la micro, et non de la nanotechnologie, puisqu'un micron est mille fois plus grand qu'un nanomètre.»

«Pour moi, les nanotechnologies me servent à manipuler la lumière, par exemple, dans des systèmes de télécommunication utilisant la fibre optique. À l'échelle de la nano, nous pouvons faire des composantes qui fonctionnent de façon différente. Par exemple, je conçois des superprismes pour des systèmes de communication nettement plus compacts; nous cherchons en fait à réduire une grande centrale de télécommunication à la taille d'un simple petit chip!»

Le professeur Kirk tente sans cesse de réaliser de nouvelles applications à partir des découvertes fondamentales réalisées dans son domaine. «Je ne recherche pas de nouvelles lois de physique, dit-il, mais à utiliser ce que nous connaissons déjà.» Comme exemples d'applications, il tente entre autres de confectionner de puissants détecteurs de bactéries et de contaminants biologiques pour usages médicaux. «J'ai aussi des collègues qui travaillent sur les composantes de téléphone cellulaire ou sur de petites composantes de haute fréquence pour la radio-transmission.»

«Pour nous, enchaîne-t-il, la nanotechnologie est un instrument de plus qui fait progresser nos recherches.» Il souligne cependant qu'il ne s'agit pas d'un outil révolutionnaire «puisque les chercheurs en optique et en électronique travaillent sans cesse avec des composantes de plus en plus petites. Les nanotechnologies marquent pour nous un développement de plus, ce n'est pas une révolution, mais une évolution!».

Peter Grütter souligne enfin que son laboratoire s'insère parfaitement dans le grand réseau de nanotechnologie québécois, qui comprend d'importants centres de recherche situés à l'Université Laval, à l'Université de Sherbrooke, à l'Université de Montréal et à McGill. «Je dirais que, au Québec, parce que nous sommes fort bien organisés, nous avons les capacités de figurer parmi les leaders mondiaux. Mais je ne pense pas que nous sommes pour l'instant dans les "top 10". Cependant, puisque nous venons de nous doter de la majorité des équipements de pointe, je pense que, d'ici dix ans, nous serons reconnus mondialement. Par contre, à l'échelle du Canada, il ne fait aucun doute que nous sommes déjà les numéros 1!»