L’article « 3D Printing of Highly Conductive Nanocomposites for the Functional Optimization of Liquid Sensors » a été publié récemment dans la revue Small. Réputée dans le domaine de la micro et de la nanotechnologie, Small a fait de cet article sa page couverture arrière, ce qui constitue un signe certain de la pertinence de la recherche menée par Daniel Therriault, professeur titulaire au Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal, et son équipe.

Dans la pratique, le résultat de cette recherche ressemble à un chiffon; mais dès qu’un liquide le touche, ledit chiffon est capable d’en identifier la nature. Dans ce cas-ci il s'agit d’éthanol, mais ça pourrait être un autre liquide. Un tel procédé rendrait d’immenses services dans l’industrie lourde, où les liquides toxiques sont légion.

Une recette simple, mais efficace

La recette semble en apparence toute simple, mais elle est tellement efficace que Daniel Therriault l’a protégée par un brevet. D’ailleurs, une entreprise américaine se penche déjà sur la commercialisation de ce matériau imprimable en 3D qui est hautement conducteur et offre plusieurs applications potentielles : 

• La première étape consiste à prendre un thermoplastique et à le transformer en solution avec un solvant, afin qu’il devienne liquide;
• La deuxième étape, qui est nécessaire en raison de la porosité de ce thermoplastique en solution, consiste à l'ajout d'une quantité de nanotubes de carbone comme jamais auparavant, un peu comme on ajoute du sucre dans un mélange à gâteau. Il en résulte une sorte d’encre noire, assez visqueuse, dont la conductivité exceptionnelle approche celle de certains métaux;
• La troisième étape consiste à prendre cette encre noire – un nanocomposite - et à passer à l’impression 3D. Dès que l'encre sort de la buse de l’imprimante, le solvant s’évapore et l’encre devient solide. Cette encre prend la forme de filaments guère plus gros que des cheveux. Le travail de fabrication peut alors commencer.

Les avantages de cette technologie

La recherche faite à Polytechnique Montréal est à l’avant-garde dans le domaine de l’utilisation des imprimantes 3D. Le temps du prototypage amateur, comme l’impression de petits objets en plastique, est révolu. Maintenant, toutes les industries de fabrication - de l’aéronautique à l’aérospatial, en passant par la robotique et la médecine - ont cette technologie dans leur mire. 

À cela, plusieurs raisons. D’abord, il y a la légèreté des pièces, dès lors qu’on substitue du plastique au métal. Ensuite, il y a la précision du travail quand il est réalisé au niveau microscopique, comme c’est le cas ici. Enfin, avec les filaments de nanocomposites utilisables à la température ambiante, on obtient des conductivités qui approchent celles de certains métaux.

Mais il y a mieux encore : comme on peut varier la géométrie des filaments, il est possible d’effectuer une calibration des mesures qui permet de lire les différentes signatures électriques des liquides dont on veut faire la surveillance.

Un exemple au goût du jour : les pipelines

Au point de raccord entre les tuyaux qui forment les pipelines, il y a des brides. L’idée serait de fabriquer en usine des tuyaux dont les brides seraient enduites par impression 3D d’un nanocomposite dont la signature électrique serait calibrée selon le liquide à transporter, par exemple le pétrole.

S’il y avait une fuite et que le liquide touchait les senseurs imprimés à partir du concept mis au point par Daniel Therriault et son équipe, l’alerte serait donnée en un temps record et de manière très ciblée. C’est un immense avantage tant pour la population que pour l’environnement : plus le temps de réaction est court lorsqu'il y a une fuite, moins les dommages sont élevés.

Les travaux du professeur Daniel Therriault ont reçu l’appui du Centre de recherche sur les polymères et composites à haute performance, des Chaires de recherche du Canada, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), de MITACS et de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI).
 

Notice bibliographique

Chizari, K., Daoud, M.A., Ravindran, A.R., & Therriault, D. (2016). Liquid Materials: 3D Printing of Highly Conductive Nanocomposites for the Functional Optimization of Liquid Sensors (Small 44/2016). Small, 12(44), 6176-6176.

doi: 10.1002/smll.201670232


Daniel Therriault, professeur titulaire au Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal.

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Fiche d'expertise du professeur Daniel Therriault
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