Au haut de la page d’accueil de son site Web, Cuiying Jian, professeure de génie mécanique à la Lassonde School of Engineering, affirme avec audace : « Le carbone, c’est génial! »

Aux yeux des profanes, cette opinion peut sembler en décalage avec notre époque; après tout, les émissions de carbone ont dangereusement réchauffé l’atmosphère et les résidus carbonés des produits pétrochimiques polluent l’environnement.

Pourtant, selon Mme Jian, ces substances (et les atomes et molécules qui les composent) recèlent un grand potentiel. Il est en fait possible de les transformer chimiquement en matériaux utiles qui ne sont pas néfastes pour la planète.

Son laboratoire à la York University a récemment obtenu une subvention de 149 000 dollars du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) ainsi que deux prix importants pour des innovations en recherche qui contribuent à la transition du pays vers des énergies propres. Mme Jian travaille avec des lasers et des modèles informatiques pour transformer les déchets plastiques et les résidus toxiques des sables bitumineux en matériaux de haute valeur, par exemple en graphène.

« Ce travail contribue à l’économie circulaire », explique-t-elle. « À l’échelle atomique, tous les atomes de carbone sont là. Il faut juste les organiser différemment pour créer de nouveaux matériaux. Un jour, nous arriverons peut-être à les disposer comme bon nous semble, afin de régler les problèmes associés aux déchets. »

Au départ, Mme Jian se destinait une carrière en physique théorique, jusqu’à ce qu’elle découvre le génie mécanique dans la liste des programmes universitaires en Chine. « On disait du génie mécanique que c’était de la physique appliquée, se rappelle-t-elle. Comme j’avais toujours fait de la physique théorique, je me suis dit “et si j’essayais la physique appliquée?” »

Ce virage l’a menée à parcourir le globe : elle a étudié à l’Institut de technologie de Harbin, à la University of Alberta et au Massachusetts Institute of Technology (mieux connu sous MIT) – où elle a pu appliquer ses connaissances théoriques pour résoudre des problèmes concrets. Et quand elle enseigne, c’est aussi ce qu’elle encourage ses étudiantes et étudiants à faire : elle les incite à intégrer des notions théoriques de physique à des projets pratiques, ce qui crée des modèles fonctionnels concrets.

Les travaux actuels de Mme Jian se situent aussi à cette intersection. En étudiant la dynamique moléculaire et la structure des matériaux qu’elle souhaite transformer, elle peut déterminer comment les reconfigurer. Elle et son équipe utilisent des modèles informatiques sophistiqués et des lasers de haute précision pour appliquer de la chaleur et de l’énergie à des endroits précis.

La prochaine étape consiste à adapter le processus à un usage industriel, par exemple dans la gestion des déchets. Le graphène issu de ce processus – un matériau fort, léger et polyvalent – a de nombreuses utilités; il sert notamment à fabriquer des vélos de course, des vêtements d’extérieur et des membranes utilisées dans les stations de traitement de l’eau.

« Non seulement les nouveaux matériaux produits ne sont pas toxiques, mais ils sont utiles et peuvent trouver de nouvelles applications. »

Le présent article a été adapté, traduit et publié avec l’autorisation de la York University (en anglais seulement).

Photo : Horst Herget