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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2004

Mosto Bousmina

Génie des polymères

Université Laval


Mosto Bousmina
Mosto Bousmina

Lorsqu'il était petit garçon à Strasbourg, en France, Mosto Bousmina, fils d'une famille ouvrière marocaine, était fasciné par la magie. Il savait qu'il observait une illusion, mais il se réjouissait de voir se produire ce qui en apparence était impossible. Très tôt, il a commencé à créer ses propres tours de magie et à mettre à l'essai les propriétés particulières des matériaux qu'il trouvait : aimants, élastiques ainsi que divers solides et liquides.

Aujourd'hui, ce professeur en génie des polymères de l'Université Laval mélange encore des matériaux et s'efforce de comprendre leurs propriétés fondamentales et leur potentiel – et il suscite encore des exclamations de surprise. Quel est le tout dernier tour de haute technologie auquel il travaille? Changer un amas d'argile en une matière transparente, ultra-légère et à l'épreuve des balles.

L'un des six lauréats d'une Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG de 2004, le professeur Bousmina se spécialise dans l'étude des façons dont les plastiques et leurs additifs s'écoulent et se mélangent. Son laboratoire fait figure de pionnier mondial dans ce domaine, qu'on appelle en langage technique « rhéologie des systèmes de polymères polyphasiques ».

« Lorsqu'on veut changer les qualités d'un matériau, par exemple sa force ou sa conductivité, il faut travailler avec le matériau à l'état fondu. Il est nécessaire de comprendre comment ce matériau s'écoule et comment la modification de son écoulement changera les propriétés finales du matériau », explique le professeur Bousmina, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en physique des polymères et des nanomatériaux.

La science de l'écoulement des polymères influe sur notre vie quotidienne. En effet, c'est à elle que l'on doit la sensation que nous procure notre brosse à dents le matin ou le bouton de la lampe qu'on éteint avant d'aller se coucher. Les noms de ces polymères très répandus font partie du vocabulaire de notre monde de plus en plus plastifié : polyuréthane, PVC, polystyrène, ABS et polycarbonate.

À titre d'ingénieur, et de magicien, le professeur Bousmina n'est jamais satisfait de constater qu'une chose ne fait que fonctionner. Sa passion a toujours été de saisir les propriétés fondamentales qui se cachent derrière un processus et donc de pouvoir prédire quelles seront ces propriétés dans d'autres situations en modélisant le processus grâce aux mathématiques supérieures, son domaine scientifique préféré.

Son premier succès scientifique important a été d'étendre l'application de l'équation, établie en 1911 par Albert Einstein, qui décrit la manière dont la viscosité d'un liquide change lorsqu'on y ajoute des sphères dures. En effet, le professeur Bousmina a modifié l'équation et l'a appliquée à des milieux viscoélastiques (liquides qui s'écoulent comme de l'eau et se détendent comme des ressorts) contenant des sphères viscoélastiques déformables pour décrire, notamment, comment la présence de globules rouges dans le sang influe sur le débit sanguin. Cette équation est maintenant utilisée à l'échelle mondiale dans des applications industrielles et de recherche pour déterminer à l'avance les propriétés finales d'un matériau.

L'essence de cette application élargie de l'équation de viscosité d'Einstein réside dans la compréhension mathématique fondamentale des effets fantastiques que des changements de la courbure peuvent avoir sur un matériau. Encore là, grâce à cette découverte, le professeur Bousmina a élaboré, en collaboration avec son collègue M. Kaliaguine, une méthode pour déterminer mathématiquement la porosité de matériaux mous en les remplissant d'eau. La courbure des pores peut changer radicalement le point de congélation de l'eau jusqu'à l'abaisser à -40 ºC.

« À partir de ce changement du point de congélation, nous pouvons déterminer la taille des pores et leur répartition dans les matériaux mous et durs », explique le professeur.

Cette technique est maintenant reconnue par la Food and Drug Administration des États-Unis comme la seule qui convient à l'évaluation de la porosité de matériaux biologiques, d'hydrogels et de matériaux mous.

À titre de boursier Steacie du CRSNG, le professeur Bousmina amène un matériau ancien à l'ère de la nanotechnologie.

« Dans le cadre des travaux que nous réalisons avec l'argile et d'autres nanomatériaux, nous imitons la nature », explique le professeur, qui est toujours à l'affût des techniques inventées par d'autres.

La soie des araignées et les os sont très solides en raison de leurs propriétés qui se manifestent au niveau du milliardième de mètre ou nanomètre. La force d'un os provient des fragments de phosphate de calcium de longueur nanométrique qui sont intégrés dans une matrice de collagène ou de cellules.

Pour le potier, l'argile qu'il a sur son tour est un solide dense et opaque. Cependant, sa composition essentielle est semblable à de la pâte phyllo dont les couches auraient une épaisseur d'un nanomètre. Si l'on pouvait séparer ces couches et les disperser dans une autre substance, l'ajout de seulement deux à six pour cent de nanoparticules d'argile pourrait créer des produits plus solides et beaucoup plus légers que certains matériaux composites actuels formés de 50 pour cent de fibres de verre.

« Les nanomatériaux offrent beaucoup de possibilités pour la création de matériaux ayant des propriétés uniques sur les plans mécanique et électrique et en tant que barrière. Cependant, notre compréhension n'en est qu'à ses balbutiements, car nous ne savons pas comment disperser ce matériau à l'échelle nanométrique. Il existe déjà des produits commerciaux faits de nanomatériaux, mais ils sont fabriqués par essais successifs. Nous n'en comprenons pas les principes scientifiques fondamentaux », ajoute le professeur Bousmina.

Dans ses efforts pour découvrir ce que la nature nous réserve au chapitre des nanomatériaux, les 21 membres du laboratoire du professeur Bousmina étudieront principalement comment décoller efficacement les couches nanométriques d'argile, notamment l'utilisation des ultrasons pour mesurer la quantité exacte d'énergie nécessaire pour séparer deux couches.