Thèmes de recherche
Les travaux de recherche au Département de chimie peuvent être regroupés sous quatre thèmes principaux : la chimie verte, l’énergie, les matériaux et les analyses pour l’environnement et la médecine. Chacun de ces thèmes est par nature interdisciplinaire et, de ce fait, plusieurs professeurs contribuent à plus d’un thème.
La chimie verte
La chimie verte a pour but de concevoir des molécules et des procédés de synthèse qui sont plus respectueux de l’environnement dans une perspective de développement durable. La société vit une relation d’amour-haine avec la chimie, puisque, bien qu’elle déplore l’effet polluant de cette dernière, elle serait bien incapable de se passer de ses produits. On n’a qu’à penser aux médicaments, produits textiles, plastiques, et plus encore : tous proviennent du travail des chimistes ! Les travaux de recherche de ce thème visent à découvrir de nouvelles molécules et de nouveaux matériaux moins polluants, à améliorer les procédés de synthèse afin que ceux-ci soient plus efficaces, c’est-à-dire qu’ils réduisent nos besoins en matières premières tout en ayant un impact minime sur l’environnement.
Les chercheurs qui œuvrent dans ce domaine sont des designers moléculaires qui s’intéressent à l’élaboration de toutes sortes de composés (biomolécules, petites molécules organiques, complexes inorganiques et organométalliques, macromolécules, molécules bioactives) dans le but d’optimiser leurs propriétés souhaitées. De plus, ils ont toujours en tête un souci pour l’environnement en s’assurant que les nouvelles méthodes développées soient en accord avec les principes de développement durable. Pour ce faire, plusieurs thématiques sont étudiées telles que le développement de solvants écologiques, de catalyseurs dérivés de métaux abondants, la multicatalyse, la biocatalyse, l’autoassemblage via des ponts hydrogène, en plus de s’intéresser à des technologies révolutionnaires, comme la mécanochimie, la photochimie et la synthèse en flux continu.
Forts de leur expertise, les professeurs de ce thème font partie du Centre en chimie verte et catalyse, financé par le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT). Plusieurs d’entre eux sont aussi associés à une subvention FONCER récemment octroyée pour un Programme de Formation en Science en Flux Continu. Nombre de ces chercheurs sont titulaires de Chaires de recherche du Canada et reçoivent des subventions du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), en plus de bénéficier de financement industriel.
Les matériaux
Les activités de recherche dans ce thème portent sur l’auto-assemblage moléculaire et la caractérisation des surfaces, interfaces et couches minces structurées, à l’échelle nanométrique. La chimie supramoléculaire est une des méthodes retenues pour la préparation des (nano)matériaux, et la modélisation des systèmes est essentielle. Dans ces travaux, on s’inspire de la Nature qui forme des architectures complexes à partir de molécules simples.
De plus, les propriétés photophysiques, électrochimiques et électriques des matériaux préparés sont étudiées pour des applications industrielles et biomédicales. Pour ce faire, on utilise une grande variété de techniques et, en particulier, différentes spectroscopies, la microscopie (à force atomique et électronique) et la calorimétrie. Les échantillons sont souvent préparés in situ, par exemple, par les méthodes de polymérisation ATRP ou RAFT.
Ces recherches visent à comprendre de manière fondamentale le comportement des matériaux offrant un fort potentiel de développement et différentes applications dans des domaines comme la biomédecine, l’énergie et l’électronique.
Elles bénéficient, en particulier, de l’appartenance de plusieurs chercheurs au Centre de recherche sur les matériaux auto-assemblés (CRMAA), Regroupement stratégique financé par le Fonds de recherche québécois sur la nature et les technologies (FRQNT).
En plus du FRQNT, les chercheurs de ce thème bénéficient de l’aide financière du Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), de NanoQuébec, de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) et de plusieurs sociétés industrielles.
La bioanalytique et l'environnement
Notre mode de vie moderne impose des contraintes sévères à notre environnement en plus de requérir des soins de santé de plus en plus performants. Ce sont des problèmes qui ne nous laissent pas indifférents. Dans ce thème de recherche, des méthodes de mesure des systèmes environnementaux et biologiques sont développées. Elles visent, d’une part, une analyse des impacts environnementaux et leur quantification.
Elles reposent sur la spectroscopie, la chromatographie, la spectrométrie de masse, les nanotechnologies, l’imagerie électronique et optique et l’analyse des données. Elles conduisent à la mise au point de nouvelles méthodes pour élucider des problématiques environnementales ou biologiques difficilement quantifiables, inaccessibles ou incomprises. Les travaux en environnement contribuent fortement à la conscientisation du public sur les enjeux environnementaux.
D’autre part, les chercheurs du groupe visent le développement de marqueurs importants pour le diagnostic en biomédecine, ainsi que la mise au point d’instruments et de méthodes permettant des découvertes en santé. Ils travaillent de concert avec les professionnels de la santé et d’autres scientifiques pour mieux comprendre les problématiques médicales et environnementales. Ces découvertes mèneront à la compréhension des maladies et à des traitements plus sécuritaires pour les patients.
En plus du FRQNT, les chercheurs de ce thème bénéficient de l’aide financière du Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) et de plusieurs sources industrielles et gouvernementales.
L'énergie
Dans un contexte mondial de demande grandissante en énergie, la recherche qui se fait au département s’articule autour de la conversion d’énergie électrique ainsi que du stockage de celle-ci, dans une optique de développement durable et responsable. Nos travaux visent à promouvoir l’essor de nouvelles technologies comme le véhicule électrique par le développement de systèmes sécuritaires de stockage de haute puissance et/ou de grandes densités d’énergie. Un intérêt particulier est accordé à l’électrochimie des liquides ioniques et leurs interactions avec des matériaux nanostructurés, mais également à l’optimisation de dispositifs « tout solide ».
Les recherches sur le stockage d’énergie ont pour but premier de mieux comprendre l’impact des propriétés des matériaux d’électrode et des électrolytes sur la performance des batteries et des supercondensateurs. L’interface électrode/électrolyte est au cœur de nos préoccupations.
Le développement de technologies pour la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique et chimique est un de nos objectifs majeurs. La conversion photo-catalytique et contrôlée de l’eau en dihydrogène et oxygène peut fournir le carburant des piles à combustibles. La photo-décomposition réductrice du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, contribue à neutraliser le risque du réchauffement climatique tout en produisant des produits chimiques utiles tels que le méthanol et l’acide formique. Un deuxième objectif, associé au premier, vise la préparation de nouveaux composés organiques utilisés comme couches photoactives dans des dispositifs photovoltaïques organiques. Nos travaux visent à comprendre l’effet de la structure de nouveaux composés photoactifs et des paramètres de fabrication des dispositifs sur l’efficacité à capter la lumière solaire.
Des chercheurs de ce thème participent au Centre québécois sur les matériaux fonctionnels (CQMF) du FQRNT. Ils sont financés par le CRSNG, NanoQuébec, la FCI et plusieurs sociétés industrielles.