Agents du changement

Michelle Chrétien : pouvoir tout imprimer

« Ce qui me fascine, c'est de fabriquer des objets qu'il était tout simplement impossible de fabriquer auparavant. »

Concevoir l'inimaginable : l'avenir de l'impression 3D

Michelle Chrétien est chercheuse en science des matériaux et directrice de recherche dans le domaine des matériaux électroniques et de l'impression 3D. Avec son équipe multidisciplinaire de chimistes, chercheurs en matériaux et ingénieurs au Xerox Research Centre du Canada (XRCC), Michelle consacre ses recherches aux nouveaux matériaux révolutionnaires qui pourraient bien changer notre manière de vivre et de travailler.

Imaginez un monde où les athlètes portent des protège-dents capables de contrôler le rythme cardiaque et les niveaux d'oxygène, de cortisol et de glucose et qui transmettent toutes ces données aux entraîneurs sur la touche. Ou bien un monde où vous pourriez vous faire faire une paire de lunettes parfaitement adaptée, imprimée à partir d'un scan de votre visage, avec capteurs et écrans intégrés aux verres. Et les batteries seraient incorporées à la monture.

C'est ce genre de monde qu'imagine Michelle Chrétien pour le futur, un monde dans lequel les objets imprimés feraient partie intégrante de notre vie quotidienne.

 

Pourquoi l'impression 3D et l'électronique imprimée vous fascinent autant ?

Par où commencer ? Ce qui me fascine avec l'impression 3D et l'électronique imprimée, ce n'est pas tant de fabriquer des objets conventionnels au moyen d'un nouveau procédé mais de fabriquer des objets qu'il était tout simplement impossible de fabriquer auparavant. J'aime à penser que notre travail se trouve à l'intersection de l'électronique imprimée et de l'impression 3D. Nous voulons fabriquer des objets atypiques en imprimant ensemble la forme et la fonction.

Nous cherchons également à inventer de nouveaux matériaux pour imprimer des objets courants afin de leur conférer des propriétés améliorées pour les rendre, par exemple, plus résistants, plus brillants ou plus élastiques. Combler les fossés afin de pouvoir imprimer forme et fonction, voilà ce qui nous passionne.

 

Quelle est l'importance de l'impression 3D ?

Aujourd'hui, nous n'en sommes qu'aux prémices de l'impression 3D mais le potentiel est énorme. C'est déjà un outil de prototypage très utile dans la chaîne de valeur manufacturière, mais les opportunités à exploiter sont encore nombreuses. Ne serait-ce que pour réduire les déchets. Imaginez pouvoir produire en générant moins de déchets en termes d'usinage. Sans parler des avantages en termes de portabilité. On pourrait imaginer embarquer une imprimante 3D à bord d'une station spatiale ou la descendre dans une mine afin de produire ce qu'il faut sur place et à la demande.

3D printer

Notre travail au centre se penche également sur la possibilité d'imprimer des objets fonctionnels plus complexes. Nous développons de nouveaux types d'encres dites « intelligentes », capables d'offrir des fonctionnalités supplémentaires. Nous voulons dépasser les plastiques et les poudres métalliques traditionnels utilisés avec les imprimantes 3D actuelles.  Nous voulons inventer des matériaux qui permettront un choix de couleurs et de forme illimité pour l'impression 2D et 3D.

Nous pensons que notre travail permettra la fabrication additive d'objets véritablement fonctionnels ayant des applications très variées, allant de la technologie portable à l'automobile. De nombreux chercheurs s'intéressent à cette niche et les entreprises commencent à sonder le marché. Des produits intéressants commenceront à arriver sur le marché très prochainement. C'est un domaine passionnant.

 

Qu'est-ce que la fabrication additive ?

La fabrication additive est un terme qui désigne le processus à travers lequel les pièces sont fabriquées par addition de couches successives de matière par opposition aux techniques de fabrication soustractives traditionnelles où l'on enlève de la matière pour atteindre la forme désirée. Lorsqu'on utilise un tour, une machine à commande numérique, un marteau ou un burin pour fabriquer une pièce, on a recours à un procédé de fabrication soustractive. Par exemple, un pignon d'engrenage métallique peut être fabriqué en creusant et en enlevant de la matière d'un bloc de métal, une méthode donc dite de soustraction de l'excès de métal pour obtenir la pièce désirée. Mais il est également possible de fabriquer ce pignon de manière additive, à savoir en imprimant la forme recherchée directement en fusionnant de la poudre de métal dans une imprimante 3D. De cette façon, seule la quantité de métal nécessaire à la fabrication de la pièce est utilisée.

3D printer and hammer

 

Parlez-nous de votre travail avec l'électronique imprimée.

J'ai de la chance de travailler au XRCC, ce centre est pionnier dans la conception et la fabrication des matériaux électroniques. Ces dix dernières années, nous avons mis au point tout un tas de choses, allant des encres conductrices à nanoparticules d'argent aux colorants à complexe métallifère.

Au laboratoire, nous travaillons également à l'intégration des matériaux à différentes technologies. Par exemple, nous avons couplé l'impression numérique avec la commande de mouvement robotique afin de pouvoir imprimer sur toutes sortes d'objets et pas seulement sur les surfaces planes. Le bras robotique est adapté pour les objets de grande taille et permet d'obtenir une résolution d'une précision extrême, plus fine que l'épaisseur d'un cheveu.

Avec cette capabilité d'impression et notre capacité à développer de nouveaux matériaux, nous devrions pouvoir imprimer des circuits et des capteurs très intéressants sur ou à l'intérieur d'objets en trois dimensions. Le but est d'assembler toutes les pièces ensemble de sorte que lorsque l'objet est fabriqué, nous ajoutons les circuits électroniques avec les éléments structurels afin de générer un objet complexe, intéressant et fonctionnel. Ce procédé devrait ouvrir la voie à une plus grande créativité, les designers pourront créer de nouveaux produits pour lesquels la forme n'est plus limitée et dictée par les circuits imprimés.

Printed electronics

 

Jusqu'où peut-on aller avec l'électronique imprimée ?

Il reste encore des défis liés aux matériaux (entre autres) à surmonter avant de pouvoir exploiter cette technologie pour produire des objets intelligents entièrement imprimés. Mais tout est possible. Des choses très intéressantes sont déjà réalisées aujourd'hui avec l'impression standard. Vous pouvez, par exemple, imprimer des capteurs directement sur la surface de conduites, comme un capteur de débit ou un capteur de produit chimique, apposé à l'intérieur. Ou encore des détecteurs de fuite à l'extérieur d'oléoducs ou de gazoducs. Bien entendu, les conduites ne sont pas vraiment des objets complexes, mais c'est un bon exemple de surface non plate.

printed electronics on a pipeline

Mais les possibilités sont si nombreuses. Tout ce qui est fabriqué selon les méthodes conventionnelles peut potentiellement être personnalisé et produit à la demande au moyen de l'impression.

Imaginons un appareil auditif ou un protège-dent avec des composants électroniques intégrés. On aura fait un scan de votre oreille ou de votre mâchoire et de vos dents et il suffira de l'imprimer pour obtenir un objet parfaitement adapté. Et pourquoi pas, le protège-dents pourrait être doté de capteurs intégrés chargés de surveiller le niveau d'oxygène dans le sang pendant la pratique de votre sport. Ou encore, un capteur capable de mesurer votre fréquence cardiaque ou le taux de glucose dans votre salive. Et toutes ces données seraient transmises sans fil à votre entraîneur assis plus loin qui pourra déterminer que vous avez besoin d'un remontant.

Ce genre de dispositifs personnalisés fera partie intégrante de l'environnement de l'Internet des objets. Lorsque nous concevons de nouvelles architectures et imprimons de nouveaux objets totalement fonctionnels, nous prenons aussi en considération la manière dont ces objets communiquent. C'est bien beau de savoir imprimer un capteur, mais nous devons pouvoir l'alimenter, stocker les données qu'il transmet ou envoyer ces données quelque part, sinon ce n'est pas vraiment un objet intelligent.

 

Pouvez-vous nous en dire plus sur votre travail de recherche sur les matériaux ?

L'impression 3D est un aspect de notre travail et la conception de nouveaux matériaux est un concept très vaste. Nous aidons nos clients à concevoir, développer et utiliser de nouveaux matériaux pour une variété d'applications. Notre équipe a réalisé des avancées intéressantes en mettant au point de nouveaux matériaux pour les processus d'impression 3D existants. Nous cherchons à inventer des matériaux dotés de nouvelles fonctions ou qui intègrent plusieurs propriétés. Ça peut être caoutchouteux, ou brillant. Ça peut être conducteur et caoutchouteux, ou ça peut-être thermiquement isolant et vraiment robuste. Nous étudions les différentes combinaisons.

Gloved hands holding an eyedropper

Peut-on parler de fusion du monde logiciel et du monde matériel ?

D'une certaine façon, oui. J'ai eu une conversation un jour avec une personne qui prétendait que l'innovation aujourd'hui portait essentiellement sur les logiciels. Elle m'a dit : « Prenons l'exemple de la Silicon Valley ». « Justement, le silicium », lui ai-je répliqué. « C'est un matériau ». L'innovation tient une grande place pour les logiciels et les services, mais franchement, de quoi est fait un disque dur ? Qu'est-ce qui stocke les données ? Les matériaux. Les innovations dans le domaine des matériaux est ce qui a permis l'augmentation spectaculaire de la puissance de calcul. Les matériaux sont un composant essentiel.

 

Comment vous êtes-vous intéressée à la science des matériaux ?

Je suis curieuse de nature et j'ai toujours posé des questions et essayé de comprendre le fonctionnement des choses. Pendant mes études de chimie, j'avais assisté à un cours sur la science des matériaux. J'étais intriguée car c'est ce qui se rapprochait le plus de la vie réelle : une sorte de science orientée vers les applications. Ça m'a vraiment intéressée.

Après mes études de premier cycle, j'ai décidé d'intégrer une école supérieure. Notre groupe étudiait la photochimie et la photophysique, ainsi que des projets en rapport avec certaines réactions photochimiques. Mais j'étais beaucoup plus attirée par les projets qui exigeaient qu'on s'interroge sur la manière dont nous pouvions exploiter la chimie pour extraire des propriétés intéressantes des matériaux.

À partir de là, j'ai travaillé sur des projets portant sur les écrans solaires, les capteurs et toutes sortes de choses intéressantes. Il m'est apparu évident que c'était ce qui me passionnait : faire marcher la science.

 

Comment en êtes-vous arrivée à travailler pour Xerox ?

Pendant mon doctorat, je ne savais pas ce qui se passait chez Xerox, encore moins en chimie et science des matériaux. Mais j'ai eu la chance de rencontrer un chercheur du XRCC qui m'a parlé des activités qui s'y déroulaient. Ils cherchaient un photochimiste, alors j'ai envoyé mon CV.

J'ai visité le centre et j'ai été très impressionnée par les projets et plus encore par le groupe de personnes que j'ai rencontré. Il y avait des gens talentueux et intéressants qui travaillaient à des projets qui trouvaient des applications réelles et concrètes. L'environnement et l'ambiance du centre étaient déjà à l'époque très chaleureux. J'ai été frappée par l'équilibre qui y régnait du point de vue de la diversité. Dans le milieu des sciences physiques et de l'ingénierie, les femmes peuvent se sentir en minorité, mais au XRCC ce n'était absolument pas le cas.

Dès que je suis entrée chez Xerox, j'ai travaillé sur un projet d'encre pour imprimante à jet d'encre. C'était une expérience révélatrice, je n'avais aucune idée de la science qui se cachait derrière la fabrication des matériaux pour l'impression. Je crois que c'est de là qu'est née ma passion pour l'impression.

Scientist with 3D printer

 

Qu'est-ce qui vous plaît dans votre travail chez Xerox ?

Ce qui est chouette chez Xerox ou dans un centre de recherche comme le XRCC, c'est son environnement dynamique. Tout est en mouvement perpétuel. Les gens que je côtoie dans mon travail sont une source d'inspiration.

Réunir des gens ayant un parcours et des expériences différents est dans l'ADN du mode de fonctionnement de Xerox Innovation Group. J'adore travailler dans un environnement multidisciplinaire au sein d'une équipe multidisciplinaire. J'adore le fait qu'on soit rarement d'accord, que chacun ait son point de vue. Je ne changerai pour rien au monde. Ça me gêne quand je suis entourée de gens qui sont tous d'accord avec moi ! Heureusement, ça n'arrive pas souvent.

J'aime aussi parler aux clients ou quand quelqu'un soumet une idée ou un problème. Ces conversations sont toujours enrichissantes. Ça me ramène à ma passion pour les sciences appliquées. J'adore la science qui fonctionne. Au XRCC, j'ai la chance de travailler avec des gens intelligents et créatifs qui ne cessent d'apprendre et d'exploiter leurs connaissances pour créer quelque chose de nouveau et d'utile. C'est pour tout cela que j'adore travailler ici.

 

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Agents du changement

Nous participons tous au changement du monde qui nous entoure. Tous autant que nous sommes. À chacun de nos actes, notre présence a des retombées illimitées.

Mais rares sont ceux qui, parmi nous, ont la possibilité d'améliorer la vie de leurs concitoyens. Et encore plus rares sont ceux qui peuvent le faire au quotidien. C’est le défi lancé chaque jour aux scientifiques de Xerox : tenter de faire bouger les lignes.

En échange, nous leur donnons le temps et l’espace pour rêver. Et les ressources pour concrétiser leurs rêves, que ce soit pour inventer de nouvelles machines dotées de fonctionnalités innovantes ou exploiter la réalité augmentée pour stimuler la mémoire des patients atteints d’Alzheimer.

Nous sommes fiers de nos « Agents du changement » qui œuvrent sans relâche dans les centres de recherche Xerox du monde entier. Voici quelques-unes de leurs histoires.