Des nanoparticules au service du plastique

Professeur de physique à l’institut iRAP de la HEIA-FR, Stefan Hengsberger collabore régulièrement avec l’institut ChemTech pour participer aux recherches de l’école dans le domaine de la plasturgie, grâce à ses connaissances des nanotechnologies. 

Stefan Hengsberger nous a donné rendez-vous dans son «annexe» de la HEIA-FR, où se trouvent les appareils qui lui sont chers. Il y a là un nanoindenteur, qui permet de mesurer au niveau nanoscopique la dureté et la rigidité d’un matériau, c’est-à-dire la pression moyenne qu’il peut supporter. «Cet appareil permet d’étudier la nanomécanique de la matière biologique ou plastique ainsi que des revêtements de surface», explique-t-il. Un peu plus loin, il nous montre un microscope à force atomique qui permet d’analyser la topographie des matériaux. À l’échelle nanoscopique, une surface plastique qui nous semble plate à l’œil nu peut se révéler semblable à un beau paysage montagneux.

Stefan Hengsberger fait des tests de nanodureté et de nanorigidité au profit des recherches effectuées dans le domaine de la plasturgie. «L’étude de la nanorigidité est extrêmement importante pour analyser localement les faiblesses d’une pièce en plastique. Elle permet de détecter s’il y a des zones plus ou moins fragiles pour ensuite améliorer la fabrication et l’utilisation des matériaux.»

Sous l’enseigne du Plastics innovation competence center (PICC), en collaboration avec Thierry Chappuis de l’institut ChemTech, Stefan Hengsberger dirige plusieurs travaux de master qui s’intéressent à la création de matériaux composites nanoparticules-plastique. Pour renforcer les structures plastiques, on utilise habituellement des fibres de verre. Mais pour de toutes petites pièces, dans le domaine de la microinjection, ces fibres sont trop grossières. On les remplace donc par des nanoparticules. «Nous cherchons de nouvelles combinaisons entre des nanoparticules – parfois des microparticules, qui sont moins chères – et des plastiques. L’idée est de renforcer des matériaux relativement mous, comme le polypropylène, pour les rendre plus rigides, tout en gardant l’élasticité afin de pouvoir les utiliser pour les toutes petites pièces en plastique.»

Amour de la langue française

Né en Allemagne, Stefan Hensberger a fait des études de physique à l’Université de Saarbrücken. Il a ensuite travaillé au Fraunhofer Institute for Biomedical Techniques (Miami/Floride) avant de faire ses doctorats en biomécanique et en biophysique, puis ses post-doc à l’EPFL. Son doctorat en biomécanique portait sur: «Nanomechanical properties of bone tissue by means of nanoindentation».

Il est arrivé en Suisse par amour… de la langue française: «Pendant mon enfance, j’ai passé presque toutes mes vacances en France et ma mère parlait parfaitement le français. J’ai toujours voulu apprendre la langue. J’ai pensé à un doctorat en France, mais je me suis intéressé à la Suisse, grâce à mon frère, qui a aussi étudié la physique et qui a fait son doctorat à Neuchâtel.» Ce dernier travaille aujourd’hui, à Zürich. Ses parents étaient-ils aussi physiciens? «Non, ils étaient avocat et journaliste et ils n’ont jamais compris comment ils ont pu faire deux physiciens», rit Stefan Hengsberger.

Il vit à Lausanne depuis son arrivée en Suisse en 1998. «J’ai rencontré celle qui est devenue mon épouse et je me suis attaché aux paysages des bords du Léman. Après avoir fini ma formation à l’EPFL, je souhaitais rester en Suisse et quand un poste s’est libéré à Fribourg, j’ai été candidat.» Il y travaille depuis 2003, avec une satisfaction évidente: «La Suisse a donné aux HES la possibilité de se renforcer. Depuis 17 ans que j’y suis, j’ai pu bien voir cette évolution. Les compétences des hautes écoles spécialisées sont reconnues dans le pays. La recherche y a beaucoup progressé, grâce aussi à la création d’instituts bien structurés.» A Fribourg, Stefan Hengsberger peut en outre collaborer avec l’institut Adolphe Merkle.

Une nature imbattable

Il voue une vraie passion à l’enseignement et se réjouit de pouvoir, au quotidien, mettre en pratique tout ce qu’il a acquis pendant ces études. «J’ai découvert durant mes études que j’aimais vraiment enseigner». Il avoue pourtant que le domaine dans lequel il a fait son doctorat, la biomécanique, lui manque un peu, mais pour rebondir aussitôt, en nous expliquant que le travail qu’il fait aujourd’hui dans le domaine du plastique n’est pas si éloigné de celui qu’il faisait sur les os humains.

Démonstration. Il sort une boîte en plastique qui semble contenir des morceaux d’os. Ce sont bien des morceaux d’os! «Lors de ma défense publique de thèse, j’ai exercé de la force sur ces morceaux en demandant aux gens d’imaginer la pression qu’ils pouvaient supporter. Ils ont été étonnés d’apprendre qu’un os peut supporter une pression de 5000 bars. L’os humain, comme le plastique, est un nanocomposite qui mêle une partie organique à base de collagène et une partie minérale à base de phosphate de calcium, explique-t-il. Sans partie minérale, l’os serait mou comme le cartilage. La partie minérale est aussi de taille nano. Les similitudes sont donc complètes entre l’os humain et les plastiques modifiés, avec dans les deux cas également une partie élastique et une partie rigide. Nous essayons de refaire ce que la nature fait merveilleusement bien. Mais la nature y parvient mieux.»

La perche est tendue: les ingénieurs et les scientifiques feront-ils un jour mieux que la nature? «Non, jamais de la vie. Nous n’aurons jamais des ordinateurs aussi forts que le cerveau ou des détecteurs aussi puissants que l’œil et l’oreille.»

Répertoire des compétences HES-SO

8 septembre 2020