5 novembre 2025
Qu’est-ce que la rhéologie?
La rhéologie est la science qui étudie l’écoulement et la déformation de la matière. Bien qu’elle fasse appel à beaucoup de mathématiques et soit souvent perçue comme intimidante, elle fait en réalité partie de notre quotidien, qu’il s’agisse du miel qui coule d’une cuillère ou du dentifrice qui sort d’un tube. La rhéologie nous aide à comprendre comment un matériau s’écoule, comment il réagit à une contrainte ou à une déformation, et comment il peut être façonné — que ce soit lors de son passage dans un tuyau, d’un processus d’extrusion ou d’un moulage. La rhéologie peut nous sembler intimidante, et les outils utilisés par les rhéologues complexes, mais il s’agit en fin de compte d’une science pratique qui dépasse largement le cadre du laboratoire.
Cette pertinence pratique devient particulièrement évidente lorsqu’on examine l’un des défis les plus urgents de notre époque : la gestion des déchets plastiques. Malgré l’augmentation annuelle de la production de plastique, seule une petite fraction est réellement recyclée. La majorité finit dans les sites d’enfouissement ou dans l’environnement naturel, où elle nuit aux écosystèmes et à la santé humaine. La rhéologie joue un rôle clé dans la lutte contre ce problème. En comprenant comment les plastiques recyclés s’écoulent et se déforment, les chercheurs peuvent améliorer les technologies de recyclage et développer des matériaux plus durables et plus performants.
Les retombées concrètes de la rhéologie ont été mises en évidence lors du congrès international 2025 de la Société canadienne de génie mécanique, de la Société canadienne de dynamique des fluides computationnelle et de la Société canadienne de rhéologie, qui s’est tenu à l’ÉTS en mai 2025. Deux études issues des travaux de la Chaire de recherche canadienne de niveau 1 sur la rhéologie des polymères, menée au sein du groupe PolymerÉTS, y ont été présentées. Ces projets, développés dans le cadre des activités de la Chaire — dont le thème est la rhéologie comme outil pour développer de nouveaux matériaux thermoplastiques plus respectueux de l’environnement — illustrent comment cette science complexe peut donner lieu à des solutions concrètes et durables.
Recyclage des déchets plastiques médicaux
Gabriel Matheus Pinto, stagiaire postdoctoral au sein du groupe, a présenté la première étude, menée en collaboration avec le CRCHUM (Centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal). Ce projet vise à déterminer si des pièces en acide polylactique (PLA) imprimées en 3D, utilisées dans les traitements contre le cancer, peuvent être recyclées. Le PLA est très répandu dans l’impression 3D de composants personnalisés pour les patients en oncologie, ce qui permet d’adapter la radiothérapie à chaque individu. Cependant, ces pièces sont jetées une fois le traitement terminé, générant un flux croissant de déchets plastiques médicaux. Dans ce contexte, la rhéologie a servi à évaluer si le plastique pouvait être réutilisé et réimprimé en 3D sans compromettre sa qualité.
On a remis en forme (c’est-à-dire recyclé) plusieurs fois des échantillons non irradiés et irradiés et leurs propriétés rhéologiques, en particulier leur viscosité à l’état fondu, ont été évaluées. Un changement de viscosité après recyclage indiquerait que les échantillons avaient subi une dégradation. Une augmentation de la viscosité suggère une réticulation, procédé au cours duquel les chaînes de polymères se lient chimiquement les unes aux autres, rendant le matériau plus rigide. À l’inverse, une diminution de la viscosité indiquerait une réduction du poids moléculaire, entraînant généralement une perte de résistance mécanique du PLA. Les résultats ont montré que le PLA irradié présente une baisse de viscosité légèrement plus rapide que le matériau non exposé. Le rayonnement fragiliserait le polymère, le rendant plus vulnérable à la dégradation lorsqu’il est chauffé et reformé pour le recyclage. Le rayonnement augmenterait donc la sensibilité du polymère à la chaleur et aux contraintes. Mais la bonne nouvelle, c’est que malgré cette fragilisation, le matériau peut encore être recyclé avec succès pour plusieurs cycles!
Recyclage des déchets de polyéthylène
Judith Zaessinger, doctorante ayant reçu le prix de la meilleure présentation lors de la conférence CSR, a présenté la deuxième étude, menée en collaboration avec NOVA Chemicals, une entreprise canadienne basée en Alberta. Ses recherches portent sur l’amélioration de la circularité du polyéthylène (PE), en l’incorporant dans des mélanges contenant une forte proportion de PE recyclé post-consommation. Le PE, qui représente plus de 30 % des déchets plastiques, pose des défis importants. Recyclé, il contient généralement un mélange de polyéthylène de différentes structures, difficiles à séparer et souvent non miscibles. En effet, le polyethylène existe sous différentes formes : polyéthylène haute densité (PEHD), polyéthylène basse densité (PEBD) et polyéthylène linéaire basse densité (PEBDL). Bien que chimiquement similaires, ces formes se comportent différemment lorsqu’elles sont fondues et transformées en raison de subtiles différences dans leur structure moléculaire.
Il est donc essentiel de comprendre et de maîtriser les propriétés des mélanges fabriqués à partir de ces différents types pour récupérer le PE recyclé. Ces propriétés dépendent de facteurs comme la composition du mélange, la morphologie, la miscibilité des polymères et les conditions de transformation. La rhéologie est un outil puissant pour évaluer la miscibilité des polymères et la morphologie des systèmes mélangés, qui déterminent à leur tour leur fonctionnalité. Elle permet également de prédire le comportement des mélanges de PE recyclé pendant la transformation, améliorant ainsi l’efficacité du recyclage et la qualité des matériaux.
La rhéologie : un outil pratique pour le développement durable
Ces deux exemples montrent que la rhéologie est bien plus qu’une science théorique. C’est un outil pratique qui permet de mettre en place de meilleurs systèmes de recyclage. Grâce à la rhéologie, il est possible de recycler de manière plus intelligente et plus efficace. Ainsi, les plastiques recyclés peuvent devenir une matière première plus fiable pour la fabrication de produits fonctionnels, contribuant ainsi à réduire l’impact environnemental des déchets plastiques dans de nombreux secteurs.
