Nanotechnologie - Créer de nouveaux matériaux atome par atome

Patrick Desjardins, un ingénieur en physique de l'École polytechnique, croit tant à la qualité du système québécois d'éducation qu'il a délaissé un iinsitut de recherche américain pour revenir diriger à Polytechnique un laboratoire d'analyse de matériaux.

La passion de Patrick Desjardins consiste à créer des matériaux qui ont des propriétés radicalement nouvelles en les assemblant atome par atome! Directeur du laboratoire pour l'analyse de la surface des matériaux de l'École polytechnique de Montréal, c'est l'un des créateurs d'une nouvelle discipline scientifique: la nanotechnologie.

«C'est là un mot bien à la mode, lance-t-il, mais la nanotechnologie n'est pas ce qu'on pense généralement. Elle ne consiste pas à miniaturiser à l'extrême, mais plutôt à obtenir des propriétés nouvelles de la matière qui n'existent qu'à l'échelle des atomes.»

Ce spécialiste travaille en physique des couches minces. Il fabrique en effet des couches de quelques nanomètres d'épaisseur, c'est-à-dire des matériaux formés de quelques dizaines d'atomes d'épaisseur seulement — un nanomètre (un milliardième de mètre) contenant environ cinq couches d'atomes. «On est capable de fabriquer des matériaux que la nature ne permettrait pas si on voulait en confectionner d'un centimètre d'épaisseur, note-t-il. On obtient ainsi quantité de nouvelles propriétés.»

L'équipe de recherche que dirige Patrick Desjardins explore donc ces nouveaux matériaux avec l'espoir d'y trouver «de belles choses à exploiter». «Notre groupe fait de la recherche fondamentale et de la recherche appliquée, explique-t-il, puisque nous sommes une école d'ingénierie, il faut donc se rapprocher des applications. Par exemple, on incorpore de l'azote dans un semi-conducteur d'arséniure de gallium, ce qui lui confère de nouvelles propriétés. On voit ensuite comment on pourrait exploiter ces propriétés pour faire de meilleurs lasers. Et puis on essaie de voir comment on pourrait exploiter ces propriétés.»

Microélectronique et optoélectronique

Son groupe confectionne des matériaux avancés pour des applications de haute technologie, notamment en microélectronique et en optoélectronique. Comme exemple concret, M. Desjardins relate qu'en diminuant la taille d'un semi-conducteur, on parvient à lui faire émettre de la lumière à la couleur désirée, une technologie utilisée couramment dans les pointeurs laser et les lasers de nos lecteurs de disques compacts. «Ce sont là de beaux exemples de comportements nouveaux de la matière lorsqu'on diminue ses dimensions», observe-t-il. Les techniques développées dans son laboratoire pourraient aussi servir à une nouvelle génération de circuits des réseaux de communication à large bande et à haute vitesse.

Si, pour l'instant, les nanotechnologies ne permettent pas des exploitations à grande échelle, indique encore l'ingénieur, elles s'appliquent néanmoins couramment à une foule d'industries. «Il y a déjà plusieurs marchés qui en tirent profit, dont tous les matériaux nanostructurés en électronique (les chips d'ordinateur) ou dans l'industrie pharmaceutique.» Il estime ainsi que les applications qu'on connaît maintenant représentent un marché de mille milliards de dollars! «Et avec toutes les nouvelles propriétés de la matière qu'on découvre, il y aura des applications complètement nouvelles, dit-il. Honnêtement, on n'a pas vu grand-chose jusqu'à présent mais, étant donné qu'on fait déjà des investissements considérables, cela devrait permettre aux nanotechnologies d'émerger rapidement.»

Une autre caractéristique très prometteuse des nanotechnologies, selon M. Desjardins, est le fait qu'elles touchent de multiples disciplines scientifiques, simultanément la physique, la chimie, la pharmacologie. «Les nanotechnologies sont en train de devenir une discipline multidisciplinaire et quantité de spécialistes comprennent qu'il faut désormais travailler ensemble.»

Dans son laboratoire, il supervise d'ailleurs une quinzaine d'étudiants venant de l'une ou l'autre de ces disciplines. «Les étudiants qui travaillent avec moi peuvent être des spécialistes de physique à la base, mais ils ont beaucoup de génie électrique à apprendre ou des sciences des matériaux ou d'optique. Chez moi, ils développent un projet de recherche qu'ils mènent durant quelques années pour obtenir leur maîtrise ou leur doctorat. Où voudront-ils travailler après? Cela dépend d'eux; certains vont dans l'industrie alors que d'autres demeurent dans le monde académique...»

«Des étudiants exceptionnels!»

Fait remarquable, il y a trois ans et demi, Patrick Desjardins quittait le Frederick Seitz Materials Research Laboratory de l'université d'Illinois «parce que je crois au Québec et que je pense qu'on a tout ce qu'il faut pour réussir!».

«On a vraiment tenté de me garder aux États-Unis, ajoute-t-il. Mais je suis revenu parce qu'on trouve ici des étudiants exceptionnels! Je pense qu'il est important de leur dire à quel point ils sont bons et de les aider à se développer le plus possible pour qu'ensuite ils aillent se perfectionner dans les meilleurs laboratoires du monde... en espérant qu'ils reviendront un jour!»

M. Desjardins est formel: «On a vraiment ici l'élite!» Non seulement il estime que l'École polytechnique propose un excellent programme de génie physique mais que, d'une façon générale, le Québec dispose d'un bon système d'éducation «malgré tout ce qu'on en dit!».

Il a ainsi constaté qu'aux États-Unis, un étudiant qui entre à l'université n'a, en termes de cours de science, que l'équivalent d'une de nos sessions de cégep. De surcroît, il lui est très difficile d'accéder aux grandes universités américaines. Rien de tel au Québec, constate-t-il, où nos étudiants sont beaucoup mieux formés et où on dispose de laboratoires fort bien équipés. «On est très gâté, vous savez!», dit-il avec enthousiasme.

Il ajoute de plus que le Groupe de recherche en physique et technologie des couches minces, où il oeuvre, est constitué d'une vingtaine de professeurs qui travaillent tous en étroite collaboration. «Nous partageons nos ressources comme je n'ai jamais vu ça: c'est exceptionnel! Et on a des infrastructures centrales et des laboratoires communs hors pair. On a ce qu'il faut et les collègues sont bons, les étudiants sont bons; on est vraiment bien ici!»

«L'une des raisons pour lesquelles je suis revenu, c'est pour le dire à tout le monde: "Eh, on est bon! On est capable! Arrêtons de se comporter comme un p'tit Québec." Et je pense que bon nombre de mes collègues sont d'accord, puisqu'il y en a beaucoup qui reviennent au pays.» M. Desjardins tempère néanmoins légèrement son enthousiasme en ajoutant: «Même si on a un bon système, il y a certaines choses à améliorer... et on se doit de le faire.»