Jusqu’à ce que l’alchimie prenne
Dorina Opris étudie à l'Empa comment synthétiser des polymères électroactifs complexes pour des composants de robots, des capteurs ou des batteries - un projet prometteur que le Conseil européen de la recherche soutient actuellement avec l'un de ses prestigieux "ERC Consolidator Grants". Ce n'est pas le premier succès de la chimiste de l'Empa - mais le chemin pour y parvenir n'a pas été facile.
Si elle maîtrise son domaine de A à Z, c’est aussi, comme elle le souligne, grâce au savoir-faire que des collègues de l’Empa ont développé, comme l’ingénieur Gabor Kovac. Il a fait avancer la fabrication d’actionneurs empilés avec des disques de silicone extensibles pendant de nombreuses années et les a développés avec son partenaire Lukas Düring jusqu’à ce que leur spin-off « CTsystems » soit récemment reprise par le groupe Daetwyler.
« Ils ont développé les appareils permettant de mesurer la manière dont les actionneurs s’allongent en fonction des différents champs électriques », raconte Opris, « nous étions très tôt sur ce sujet, et cela m’a énormément aidé » Contrairement à ses collègues, la chimiste ne travaille certes pas tant sur la technologie d’impression de tels composants qu’un « étage en dessous » – sur la synthèse de nouveaux polymères qui conviennent comme couches non conductrices pour des transistors empilés, des films élastiques pour la production d’électricité et d’autres éléments.
Le profil souhaité : le plus fin possible, avec l’objectif lointain de nombreuses couches de seulement dix micromètres d’épaisseur ; bien extensible, sensible à une faible tension de courant et en même temps robuste. Et surtout : imprimable, c’est-à-dire sans solvant pour les couches conductrices entre lesquelles se trouvent les polymères. « Les solvants peuvent endommager les couches de polymères. En outre, le matériau devrait sécher longtemps pour ne pas émettre de vapeurs nocives », explique Opris, « c’est pourquoi nous essayons de nous en passer – avec la chimie appropriée »
Des exigences multiples auxquelles s’intéressent les chercheurs du monde entier. Les composés appropriés qui suscitent des espoirs sont les polysiloxanes, sur lesquels travaille également la spécialiste de l’Empa. Un avantage important de ces polymères : ils sont relativement faciles à synthétiser ; la « colonne vertébrale » de leurs brins est très mobile – et ils peuvent être manipulés de manière ciblée avec des groupes polaires, c’est-à-dire des molécules chargées en plus ou en moins.
Des molécules qui ressemblent à des serpents
Ce qui est difficile à comprendre pour les non-initiés, Dorina Opris l’explique par une image parlante : « On peut se représenter ces polysiloxanes comme un pot rempli de serpents qui veulent constamment se déplacer » Les groupes polaires ont un double effet sur eux. D’une part, ils rendent les serpents moléculaires plus sensibles aux champs électriques afin qu’ils réagissent à de faibles tensions. D’autre part, ils agissent comme une sorte de colle entre les molécules ; cela les « raidit » et diminue ainsi leur importante élasticité. Il convient d’ajuster finement ces deux effets pour obtenir un succès maximal. Pour une utilisation pratique, il est important de passer de l’état solide à l’état élastique à basse température, afin que la technologie puisse ensuite être utilisée à température ambiante. De plus, ces structures polymères doivent encore être « réticulées » chimiquement pour pouvoir devenir des couches élastiques – par exemple par la lumière UV et à l’aide de ce que l’on appelle des groupes terminaux : des « chapeaux » quasi moléculaires qui portent les serpents à leurs extrémités. Mais dans la pratique du laboratoire, il s’avère jusqu’à présent difficile de doter ces polymères de groupes terminaux définis de manière fiable. « Cela m’énerve », avoue Opris avec un sourire.
Il faut une saine ambition pour le projet TRANS, que la chimiste qualifie elle-même de « très, très ambitieux ». L’équipe est optimiste car des travaux antérieurs ont déjà donné des résultats encourageants, comme par exemple un composé de polysiloxane qui a réagi à une tension de seulement 300 volts et s’est fortement déformé – une valeur extrêmement faible. L’impression de couches de condensateurs sans solvant a également été réalisée. Et un doctorant a récemment mis au point un élastomère piézoélectrique qui, lorsqu’il est étiré, présente une réponse électrique nettement plus élevée que d’autres composés actuellement utilisés.
Créativité et esprit d’équipe pour réussir
Pour obtenir des résultats exploitables, de nombreuses autres étapes sont nécessaires – et les qualités qui ont amené Dorina Opris à l’Empa et à l’ETH Zurich. Non seulement la persévérance et la capacité à transformer les échecs en progrès, mais aussi la création d’un environnement inspirant pour les collaborateurs, qui permette des débats ouverts et même des erreurs, afin de faire naître de bonnes idées.
Et surtout, de l’optimisme. Selon la directrice, il faut donner aux jeunes chercheurs des projets passionnants et exigeants, puis les laisser travailler de manière autonome pour qu’ils restent motivés. Son conseil aux femmes talentueuses, basé sur sa propre biographie : « N’attendez pas que quelqu’un vous pousse à faire de la recherche. Vous devez être motivée et forte, et aller jusqu’au bout ! Et prenez des risques de temps en temps »