Grâce au laser, My Ali El Khakani a réussi à synthétiser des nanomatériaux hybrides, très prometteurs pour l’énergie solaire. Leur force? Ils contribuent à générer un courant 1 000 à 100 000 fois plus rapidement que les matériaux concurrents. Photo: Christian Fleury
Bang! Bang! Dans son laboratoire, le physicien My Ali El Khakani tire à bout portant, et tout lui sert de cible. Un genre de cow-boy? Un tireur d’élite, plutôt. Il est spécialiste des lasers avec lesquels il pulvérise la matière à l’échelle nanoscopique et réalise des assemblages inédits de matériaux.
Drôle de méthode? «L’un des défis des nanotechnologies, c’est de créer des nanohybrides aux propriétés encore jamais vues, en combinant des matériaux différents, explique le chercheur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS à Varennes. Déjà, on peut parvenir, par des processus chimiques, à coller diverses nanoparticules sur des nanotubes de carbone. Mais cela n’est possible que si on traite d’abord la surface des nanotubes, ce qui leur fait perdre certaines propriétés. Nous avons réussi à le faire directement par des procédés physiques qui préservent les propriétés attendues des matériaux.»
Le truc développé par My Ali El Khakani et son équipe consiste à pointer un laser ultraviolet sur une petite pastille de sulfure de plomb – la cible – et à tirer à pleine puissance. Le laser provoque une destruction très localisée de la matière. Atomes, noyaux et électrons sont alors projetés en un nuage de particules que les physiciens appellent plasma. «À proximité de la cible, nous plaçons des nanotubes de carbone qui se retrouvent alors parsemés de nanoparticules de sulfure de plomb, décrit le physicien. Comme la pulvérisation a libéré beaucoup d’énergie, les particules frappent avec force les nanotubes et s’y attachent solidement, formant un nanohybride stable.»
Ce succès n’est pas passé inaperçu. Il a fait la couverture de la solide revue Advanced Materials en décembre 2012. Assisté de l’étudiant au doctorat Ibrahima Ka, le scientifique n’aurait cependant pas pu accomplir cet exploit sans les super-lasers de l’INRS, capables de libérer des puissances phénoménales de plusieurs gigawatts par centimètre carré grâce à la brièveté de leurs impulsions lumineuses. «En fait, l’énergie totale libérée n’est que de quelques millijoules, explique le physicien, mais elle est condensée dans un laps de temps si court, que la puissance s’en trouve démultipliée.»
Court à quel point? À peine quelques nanosecondes. Pour se faire une idée de la vitesse, disons que la lumière parcourt à peine trois mètres en une nanoseconde! Dans l’expérience de My Ali El Khakani, si «quelques millijoules», c’est peu d’énergie, «quelques nanosecondes», c’est vraiment très peu de temps. C’est comme si toutes les turbines d’Hydro-Québec combinaient leur puissance maximale et qu’elle était concentrée sur quelques micromètres carrés de matière pendant quelques nanosecondes. Rien ne pourrait résister!
Mais le nouveau procédé est plus précis qu’il ne paraît. «En dirigeant les champs électromagnétiques et le laser lui-même, nous arrivons à incorporer dans les nanotubes n’importe quelle quantité de perles de sulfure de plomb de la grosseur que nous voulons», dit le physicien.
La méthode ne s’applique pas qu’au sulfure de plomb. Elle pourrait fonctionner avec toute autre matière solide et les nanoparticules obtenues pourraient se fixer à n’importe quel support. Les chercheurs de l’INRS ont choisi le sulfure de plomb pour ses prometteuses possibilités optoélectroniques, particulièrement sa capacité à réagir à la lumière: il peut la convertir en courant électrique.
«En associant le sulfure de plomb à des nanotubes de carbone sans intermédiaire, on permet le transfert direct des charges électriques au réseau des nanotubes, explique My Ali El Khakani. Or, ces derniers sont de bien meilleurs conducteurs que le silicium, matériau vedette de la microélectronique. On entrevoit déjà les piles photovoltaïques de grande performance qu’un tel assemblage permettrait de fabriquer. Alors que les meilleurs panneaux solaires en silicium actuellement disponibles peuvent transformer en électricité environ 17% de la lumière qu’ils captent, des panneaux créés à partir de cette nouvelle technologie pourraient frôler les 100% d’efficacité.»
Peut-être pas cow-boy, le physicien, mais révolutionnaire, ça oui.