Braver la foudre et capturer l’eau dans l’air

Miriane Demers-Lemay
Collaboration spéciale
«Il y a énormément de gens qui se battent au jour le jour pour avoir accès à de l’eau potable», souligne le chercheur David Brassard.
Photo: Caroline Perron «Il y a énormément de gens qui se battent au jour le jour pour avoir accès à de l’eau potable», souligne le chercheur David Brassard.

Ce texte fait partie du cahier spécial Relève en recherche

Après avoir contribué à protéger des aéronefs contre la foudre, le candidat au postdoctorat à Polytechnique Montréal David Brassard s’attelle à développer des éponges nanoporeuses de carbone permettant de capturer l’eau de l’air et de fournir une solution potentielle pour l’approvisionnement en eau potable de communautés isolées.

Avec son équipe, David Brassard a préparé des plaques de fibres de carbone recouvertes d’argent. Chaque plaque a été placée dans un émulateur de foudre, un appareil produisant des décharges électriques de plus de 40 000 ampères — plus de 2000 fois plus intense que le courant d’une prise électrique. L’équipe a mesuré les dommages sur la plaque à l’aide d’une caméra thermique, puis testé si le matériel conservait ses propriétés mécaniques après la décharge. Les ingénieurs ont répété l’opération avec d’autres plaques de différentes épaisseurs. Leur objectif : trouver la formule idéale pour recouvrir des aéronefs et les protéger contre la foudre.

« Un avion peut être frappé par la foudre une fois par année en moyenne », révèle David Brassard, en précisant que la foudre passe alors dans l’armature de l’appareil sans y causer de dommage. « Cela se produit généralement toutes les 3000 heures de vol, souvent dans la phase de décollage ou d’atterrissage, à 3000 mètres d’altitude », continue-t-il, en expliquant que ces événements passent généralement inaperçus par les passagers. « Anciennement, les avions étaient en aluminium, et la structure de l’aéronef était conductrice [d’électricité], ce qui faisait en sorte qu’il y avait très peu de dommages lors de l’impact de foudre », précise-t-il.

« Avec l’introduction d’avions en matériaux composites — des assemblages de composants non miscibles dont les propriétés se complètent — , on a une structure qui n’est plus conductrice comme avant. On doit donc ajouter une couche qui va protéger le composite », poursuit le chercheur, qui précise que ces nouveaux matériaux permettent de réduire le poids et la consommation [de carburant] des appareils. Actuellement, des grillages de cuivre sont utilisés pour protéger les aéronefs faits de matériaux composites ; par contre, ces grillages sont très lourds.

« Le projet dans lequel je travaille actuellement vise à développer un système de protection plus léger », explique le chercheur, qui conclut sa participation à ce projet réalisé en collaboration avec l’industrie. Les fibres de carbone enrobées d’argent ont déjà prouvé leur efficacité en ce domaine, mais à minuscule échelle. L’équipe tente à présent d’adapter le composite à l’échelle des aéronefs.

Des éponges de carbone pour les communautés isolées

Dans un autre laboratoire de Polytechnique Montréal, des ingénieurs jouent avec les propriétés d’un tout autre élément : l’eau. Ils élaborent un composite qui jouera le rôle d’éponge captant l’eau dans l’air. Plus précisément, il s’agit d’une résine à base de carbone qui a subi un traitement de pyrolyse, c’est-à-dire qui a été chauffé sans oxygène pour créer des nanopores. Grâce au phénomène de capillarité, l’eau de l’air adhère aux surfaces des nanopores, jusqu’à ce que les molécules d’eau forment des gouttelettes. Le processus se fait de façon passive ; seule la collecte d’eau par le biais du chauffage nécessite un peu d’énergie.

« Il y a d’autres universités qui font de la recherche en ce sens avec d’autres matériaux, comme les metal organic framework (MOF). Ils ont des performances en laboratoire qui sont très bonnes, mais lorsqu’on vient les mettre à l’échelle, ça ne fonctionne pas parce qu’il est très complexe et coûteux de fabriquer ces matériaux »,dit David Brassard, enthousiaste de commencer son second postdoctorat avec cette équipe qui cherche à développer un procédé à moindre coût.

« Il y a énormément de gens qui se battent au jour le jour pour avoir accès à de l’eau potable, et j’aimerais aider ces gens-là à trouver des solutions pour améliorer leurs conditions de vie. On parle souvent des réserves autochtones qui n’ont pas accès à de l’eau potable et qui reçoivent des avis d’ébullition depuis trente ans », observe M. Brassard, qui croit que ces éponges nanoporeuses pourraient faire partie de la solution au problème d’approvisionnement d’eau potable dans ces communautés.

« C’est ça, l’avantage de travailler en recherche, on peut choisir des projets qui correspondent à nos valeurs morales et environnementales, souligne le spécialiste des matériaux. Ce qui me motive le plus, c’est de résoudre des problèmes intéressants, qui vont avoir un effet net positif et qui vont aider. »

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