Vivre dans un monde de matériaux : Comment les spécialistes de la science des matériaux forgent un avenir durable
Par Kelley Northam
Qu’il s’agisse d’un téléphone intelligent dans la poche ou d’un stimulateur cardiaque dans la poitrine, les matières premières essentielles comme le lithium, le cobalt et les métaux lourds sont indispensables pour alimenter la technologie dont nous dépendons aujourd’hui. Cependant, malgré l’augmentation de la demande mondiale, des obstacles socio-économiques, géopolitiques et liés à la chaîne d’approvisionnement empêchent de nombreuses personnes d’obtenir les matières premières essentielles dont elles ont besoin au moment où elles en ont besoin. Alors que des recherches alarmantes sur les changements climatiques continuent d’émerger, le monde cherche de nouvelles méthodes pour s’approvisionner de manière durable et éthique et créer des produits plus sûrs pour les consommateurs et l’environnement.
Pour surmonter ces obstacles, les spécialistes des matériaux du monde entier ouvrent des voies durables et innovantes. Ils mettent au point de meilleures méthodes de traitement et de raffinage des matériaux essentiels et alimentent l’innovation de nouveaux matériaux et de nouveaux produits pour un avenir meilleur.
Pour soutenir les scientifiques dans leur quête de transformation des matériaux, l’administration Biden-Harris a désigné 31 pôles technologiques américains en octobre 2023 dans le cadre de la loi bipartisane CHIPS and Science Act. Ces pôles technologiques sont des régions situées dans 32 États et à Porto Rico qui ont la capacité, l’infrastructure et la volonté d’accueillir des entreprises qui fabriquent, commercialisent et déploient de nouvelles technologies.
Grâce aux possibilités de financement, ces pôles peuvent soutenir la fabrication nationale en catalysant la croissance dans des secteurs tels que la biotechnologie, la fabrication de semi-conducteurs et les progrès en matière d’énergie propre. Cela permettra d’innover intentionnellement de nouvelles méthodes d’approvisionnement et d’utilisation des matières premières essentielles.
Une innovation récente a été lancée par Paul Canefield, physicien au laboratoire d’Ames dans l’Iowa, qui a mis au point une méthode plus sûre, plus écologique et plus précise pour caractériser les nouveaux matériaux. La croissance de composés connus et inconnus, appelée croissance de solutions, nécessite des creusets, qui sont des récipients en céramique résistants à la chaleur dans lesquels les éléments du composé souhaité sont combinés. Traditionnellement, la laine de silice est utilisée dans les creusets comme filtre, mais elle peut entraîner des fuites, des contaminations chimiques et des proliférations indésirables. De plus, elle ne peut jamais être analysée ou réutilisée.
Pour surmonter ces problèmes, M. Canefield a conçu une passoire qui sépare les matériaux cristallins de leurs solutions chimiques, ce qui permet de réduire le gaspillage et de rendre plus économique la technique de culture des composés. Cette technique est plus efficace, plus économique et plus écologique, ce qui fait progresser le domaine de la découverte des matériaux et le recyclage circulaire.
Des percées dans le domaine des matériaux durables sont également réalisées dans le monde entier. À l’université de Sydney, en Australie, le professeur Kourosh Kalantar-Zadeh et le Dr Junma Tang ont mis au point une méthode pour favoriser l’ingénierie chimique verte, publiant leurs conclusions dans la revue Nature Nanotechnology. Généralement, la production de produits chimiques nécessite de grandes quantités d’énergie et de chaleur – jusqu’à 1000 °C – pour faire fondre les métaux solides. Ces scientifiques ont déterminé que les métaux liquides peuvent également produire des produits chimiques avec moins de chaleur et d’énergie, en fondant à seulement 30 °C – une température qu’une table de cuisson au gaz pourrait produire.
La réduction de l’énergie nécessaire à la production de produits chimiques est une étape importante dans l’écologisation de l’industrie chimique, qui est actuellement responsable d’environ 10 à 15 % des émissions globales de gaz à effet de serre. Cette nouvelle technique permettra de réduire l’énergie et les émissions tout en continuant à fournir des combustibles à haute teneur énergétique, tels que le propylène, qui sont essentiels pour de nombreuses industries.
Ce ne sont là que quelques exemples parmi tant d’autres de la manière dont les agences, les ingénieurs et les chercheurs ouvrent de nouvelles voies adaptées. Le moment est venu de parcourir notre vaste sélection de produits d’essai et de sécurité pour commencer à innover aujourd’hui et créer les produits de demain.
Kelley Northam est rédactrice chez Thermo Fisher Scientific.
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La gamme Fisher Scientific propose des produits pour vous aider à innover et à raffiner, réorganiser et recycler les matériaux.