Vers des nanomatériaux durables

Les stratégies de prévention de la pollution mettent en œuvre des actions drastiques qui s’appliquent principalement dans la phase de gestion des déchets. De plus, le recyclage, la récupération et l’élimination des polluants ne résolvent pas le problème des substances toxiques difficiles à traiter. Un groupe de chercheurs de Yale a trouvé un moyen qui permettra d’évaluer l’impact environnemental et sanitaire des matériaux avant leur industrialisation.

Éviter le retrait de produits commercialisés

Les nanomatériaux sont de plus en plus utilisés dans plusieurs applications civiles et militaires. Or tout comme les autres classes de matériaux, pendant la conception, les chercheurs focalisent principalement sur le coût et les performances techniques et fonctionnelles. Des produits finissent souvent retirés du marché parce qu’on a découvert leurs effets nocifs sur l’homme et la nature.

L’équipe dirigée par Julie Zimmerman, professeur de génie chimique et d’études forestières et environnementales, propose un outil qui fournit aux chercheurs des informations sur l’impact environnemental et sanitaire des nanomatériaux à long terme. En passant par cette étape, les industries évitent le retrait de produits commercialisés parce qu’ils s’avèrent nocifs.

Fonctionnement de l’outil

Il s’agit d’une base de données qui sert d’outil de comparaison et de sélection de matériaux écologiques et durables. C’est un tableau qui classe les nanomatériaux et évalue chacun en fonction des propriétés suivantes : la taille, la forme, la performance, la toxicité, la consommation d’énergie et l’activité antimicrobienne. Ces informations permettent aux chercheurs de choisir les meilleurs composants et de prédire les effets possibles du matériau avant même sa conception.

L’outil est basé sur la stratégie de sélection des matériaux d’Ashby. C’est une méthode qui utilise un diagramme de dispersion et qui a été créée par Michael Farries Ashby, ingénieur métallurgiste et professeur à la University of Camridge. Ashby a conçu, en collaboration avec David Cebon, le logiciel CMS (Cambridge Materials Selector) qui applique une stratégie de sélection des matériaux. Le diagramme affiche à partir de graphiques deux ou plusieurs propriétés de nombreux matériaux ou classes de matériaux. Il permet ainsi de choisir par exemple le matériau le plus rigide ou celui qui possède une faible densité, et de les coupler pour obtenir d’autres caractéristiques.

Un exemple de l’application de stratégie de sélection des matériaux d’Ashby

L’équipe a testé l’outil dans le cadre de deux études de cas, à savoir la conception et la sélection de substances antimicrobiennes et de polymères conducteurs à base de nanomatériaux. Les matériaux ont été étudiés en prenant en considération deux paramètres, soit l’efficacité (les coûts de revient font partie de ce critère) et l’impact environnemental, et ce, suivant une approche comparative à deux étapes :

• À l’étape I, l’outil opère une première sélection à partir des grandes classes chimiques
• À l’étape II, il choisit, à partir de la première sélection, une classe physico-chimique qui répond aux contraintes préétablies.

La base de données est également conçue pour permettre aux chercheurs d’entrer de nouvelles données afin d’optimiser le fonctionnement du diagramme de dispersion. En effet, l’équipe considère le projet comme étant un appel aux chercheurs en environnement et en matériaux pour constituer une base de données qui contribue aux processus de conception durable.

L’étude s’intitule « A framework for sustainable nanomaterial selection and design based on performance, hazard, and economic considerations » et a été publiée dans la revue Nature Nanotechnology le 30 avril 2018. Elle a été coécrite par Mark M. Falinski, Desiree L. Plata, Shauhrat S. Chopra, Thomas L. Theis, Leanne M. Gilbertson et Julie B. Zimmerman.