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    Université de Montréal - Michel Côté se veut un inventeur de matériaux

    L'électron ne tourne pas autour d'un noyau !

    14 mai 2011 |Claude Lafleur | Science et technologie
    Michel Côté, professeur au Département de physique de l’Université de Montréal<br />
    Photo: Source UDM Michel Côté, professeur au Département de physique de l’Université de Montréal
    Créer des matériaux grâce à la mécanique quantique: c'est rien de moins que le rêve ambitieux d'un chercheur du Département de physique de l'Université de Montréal. Et Michel Côté impose un détour vers la physique quantique pour laisser entrevoir ce qui peut arriver...

    «Ce qui m'intéresse dans la vie, c'est d'utiliser le calcul quantique pour concevoir des matériaux qui n'existent pas encore. Je me considère comme un inventeur, un terme qui n'est plus vraiment d'usage aujourd'hui mais qui décrit bien ce que je fais comme physicien des matériaux. Mon but, depuis l'époque où j'ai réalisé mes études de doctorat, c'est d'inventer des matériaux!»

    Voilà la démarche inusitée de Michel Côté, professeur au Département de physique de l'Université de Montréal, où il enseigne et applique la mécanique quantique. «Je cherche à comprendre les principes fondamentaux qui guident la nature et qui, lorsqu'on les maîtrise bien, nous permettent d'inventer des matériaux grâce à la puissance des ordinateurs et des équations.»

    Dans le fond, ce chercheur applique la mécanique quantique à notre quotidien!

    Mécanique quantique pour les nuls

    Michel Côté invente ce qu'on appelle des matériaux quantiques, c'est-à-dire des matériaux dont les propriétés sont gouvernées par la mécanique quantique. Il ne s'agit pourtant pas de matériaux exotiques

    — des matériaux imaginaires qui posséderaient des propriétés vraiment bizarres. Il s'agit plutôt du genre de matériau qui est à la base des nanotechnologies et des cellules photovoltaïques des panneaux solaires qu'on retrouve un peu partout. «Dans le cas de la photovoltaïque, dit-il, nous essayons d'utiliser les recettes que nous con-naissons déjà pour fabriquer de nouveaux matériaux, ce qui est fort différent d'imaginer des matériaux exotiques.»

    Ce physicien, vraiment sympathique, rigole doucement lorsqu'il voit poindre dans les yeux de son interlocuteur l'inquiétude de plonger dans la mécanique quantique.

    «Dans le fond, c'est simple, lance-t-il, puisque les propriétés de bien des matériaux sont de nature quantique. Prenez par exemple le fait que le verre laisse passer la lumière: c'est une propriété quantique de la matière. Autrement dit, pour comprendre pourquoi la lumière passe à travers le verre et non à travers le métal, il faut utiliser la méthode quantique.»

    Il explique que notre difficulté à saisir ce qu'est le monde quantique vient de l'image erronée qu'on se fait du monde des atomes. Nous avons tous à l'esprit l'image d'un atome constitué d'un noyau central autour duquel orbitent des électrons, telles les planètes gravitant autour du Soleil. Or ce n'est pas ce qui se passe.

    «Les électrons ne tournent pas autour d'un noyau, mais ils se promènent plutôt comme une vague, explique le professeur. Ça ressemble, dans la plupart des cas, à des vagues sur un étang, la vague allant se frapper contre des cailloux. On observe alors des patrons de vagues. Il faut donc comprendre le mouvement des électrons pour parvenir à prédire comment la vague se propagera. Voilà la physique quantique: il faut décrire le déplacement des électrons comme une vague et non pas comme une orbite.»

    Pour ceux et celles qui imaginent difficilement comment ça se passe au niveau des atomes, M. Côté a ces mots rassurants: «La plupart des physiciens vous diront qu'on ne parvient jamais à comprendre la mécanique quantique, mais plutôt à s'y habituer! Ça devient une sorte de réflexe; ce n'est pas une compréhension, mais une acceptation de ce qui se passe au niveau de l'atome. À la longue, ça devient une deuxième logique, une autre vision du monde, la vision du réel.»

    «Les gens sont toujours mystifiés par la mécanique quantique, mais ils ne le devraient pas, poursuit-il. Nous somme si habitués à vivre dans notre monde "classique" qu'on projette notre compréhension sur tout ce qui se passe. Or les électrons ne se comportent pas comme on imagine le monde! C'est à nous d'apprendre leur comportement... et non à eux de se conformer à notre vision de l'Univers, dit-il en riant. La mécanique quantique n'est pas mystérieuse, il faut simplement apprendre à se défaire de nos habitudes de penser.»

    Voilà qui n'est pas facile, même pour les physiciens.

    Applications pratiques du quantique


    La démarche préconisée par Michel Côté — calculer les propriétés quantiques de matériaux inexistants — a des applications réellement concrètes. Ainsi, il assiste des expérimentateurs et des chimistes de synthèse dans leur quête de nouvelles molécules, par exemple pour la fabrication de médicaments. «Souvent, dit-il, ceux-ci se trouvent devant la possibilité de développer différentes molécules, mais ils doivent choisir la plus prometteuse. Les calculs que nous effectuons nous permettent de déterminer laquelle des molécules possibles devrait avoir les propriétés désirées.»

    M. Côté s'intéresse plus particulièrement aux propriétés des cellules photovoltaïques qui convertissent la lumière en électricité. Comme inventeur de matériaux, il cherche entre autres à transformer des plastiques en cellules photovoltaïques bon marché, ce qui pourrait déclencher une véritable petite révolution dans notre quotidien.

    On peut en effet imaginer que, le jour où existeront des plastiques bon marché et capables de générer de l'électricité, nos mille et un petits bidules électroniques — des télécommandes aux portables, en passant par les baladeurs et les tablettes électroniques — pourraient être munis de telles cellules. Fini, donc, les piles rechargeables et les appareils qui tombent en panne parce qu'on a oublié de les recharger. Il suffira de les laisser reposer à la lumière!

    Ce jour n'est peut-être pas si loin, puisque déjà certaines entreprises fabriquent de tels plastiques. «Nous ne sommes donc plus dans le domaine théorique, indique Michel Côté, mais il reste encore beaucoup de recherche de base à faire pour améliorer le produit... On peut déjà penser à quantité d'applications possibles, dont des vêtements qui rechargeraient de petits appareils électroniques.»

    ***

    Collaborateur du Devoir












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