Comment – du moins dans les sciences physiques et naturelles et dans les sciences de l’ingénieur – naissent les connaissances scientifiques nouvelles? Souvent par l’observation de cet «objet du désir», vient ensuite l’élaboration d’une théorie et finalement sa vérification expérimentale.

Nombre de phénomènes dont s’occupent les chercheurs ne se laissent pas facilement reproduire expérimentalement. Comment voulez-vous, par exemple, reproduire le climat en laboratoire? Ou des écosystèmes entiers. Ou encore prédire comment un phénomène – tel qu’un nuage de poussière volcanique – va évoluer dans les jours à venir?

Pour répondre aux questions de ce genre, on fait appel aux ordinateurs de grande puissance et à la modélisation, autrement dit à la simulation sur ordinateur. In silico, les chercheurs ne connaissent plus de limites et, suivant la puissance de calcul disponible, ils peuvent calculer de nombreux scénarios différents. A l’Empa ce travail est assumé par une collaboratrice infatigable, la ferme de calcul «Ipazia » qui est actuellement agrandie pour pouvoir procéder à des calculs encore plus exigeants.

Ipazia est infatigable et hautement interdisciplinaire; elle travaille presque jour et nuit et fournit des réponses à des questions telles que: Pourquoi certaines molécules s’organisent-elles spontanément sur des surfaces pour former des nanostructures? Comment les polluants se propagent dans l’atmosphère à partir d’une source ponctuelle, ou le bruit dans l’environnement? Comment se comportent dans différentes conditions les hydrures complexes utilisés pour le stockage de l’hydrogène?

Faîtes connaissance avec Ipazia, nous vous la présentons sous la rubrique «Focus» de ce numéro des EmpaNews.

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Recherche et développement

• Un générateur d’idées
  Patrik Hoffmann est fasciné par ce qui est complexe. «Plus un problème est difficile, plus cela me rend curieux» c’est ainsi qu’il décrit sa soif de savoir. Cette soif, ce spécialiste des surfaces micro- et nanostructurées et de l’usinage par laser et microondes, l’étanche depuis avril 2009 à l’Empa en tant que chef du laboratoire «Advanced Materials Processing».
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• Unique en son genre – le centre laser de l’Empa
  Une nouvelle installation de l’Empa permettra d’ici l’été de microstructurer des grandes surfaces à l’aide d’un laser ultraviolet pulsé. Ce traitement confère aux matériaux – tels que des feuilles de polymère mais aussi éventuellement des feuilles céramiques encore à développer – des propriétés physico-mécaniques nouvelles.
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• Des oursins synthétiques capteurs de lumière
  A l’aide d’un procédé électrochimique simple, des chercheurs de l’Empa sont parvenus à produire, à partir de minuscules sphères de polystyrène, des «oursins» dont les piquants sont formés de nanofils d’oxyde de zinc. Cette nanostructuration devrait permettre d’accroître l’efficience d’applications photovoltaiques.
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• La biocatalyse, une face «verte» de la chimie
  Produire sélectivement, en toute sécurité et écologiquement des molécules et des matériaux bien déterminés, c’est ce dont sont capables les enzymes. Les chercheurs de l’Empa étudient ces biomolécules et les testent pour de nouvelles applications – et cela en particulier aussi pour l’industrie.
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• Sur la trace des microfissures
  Plus d’un accident d’avion a pour cause des micro-défauts qui n’avaient pas été décelés à temps. Par exemple sur les ailes ou le train d’atterrissage. Sous charge, à elle seule déjà une microfissure peut conduire à la rupture d’une aile. Des chercheurs de l’Empa développent de nouveaux procédés pour déceler à temps de tels défauts.
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Focus: Science des matériaux et simulations

• Sans cesse à calculer
  La simulation sur ordinateur est devenue un outil indispensable de la science moderne. Sur la ferme de calcul Ipazia, dont l’extension est en cours, les chercheurs de l’Empa simulent par exemple comment se propage le bruit provoqué par les trains ou ce qui se pase exactement dans une pile à combustible.
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• La puissance de calcul pour lutter contre le bruit
  La ferme de calcul Ipazia aide les chercheurs de l’Empa à maîriser les quantités gigantesques de données nécessaires à la simulation de situations complexes. Les acousticiens ont développé par exemple un modèle numérique qui leur permet de calculer l’exposition au bruit le long de la totalité du réseau ferroviaire suisse.
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• «Et maintenant les prévisions d’ozone pour demain…»
  Les spécialistes de la pollution atmosphérique de l’Empa utilisent eux aussi Ipazia. Ils valident avec elle un modèle de transport qui permet d’établir des prévisions «chimiques» pour des polluants atmosphériques.
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• Les comptes des mille et un atomes
  Les nanostructures formées de quelques molécules seulement sur des surfaces sont considérées comme les composants possibles de l’électronique et de l’opto-électronique du futur. Pour cela il faut toutefois connaître exactement comment ces structures se forment. Des chercheurs de l’Empa tentent de l’élucider à l’aide de simulations sur ordinateur capables de calculer le comportement de plus de 1000 atomes entre eux; ils désirent aussi trouver par là comment influencer de manière ciblée la formation de ces structures.
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Essais et services

• Un effondrement dû à la corrosion par le chlore
  2010 marque les 25 ans de la catastrophe de la piscine couverte d’Uster. Les experts de l’Empa avaient alors analysé les causes de cet effondrement qui avait coûté la vie à douze personnes. Leurs conclusions: corrosion fissurante sous tension des étriers de suspension.
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• Des salissures qui améliorent les diodes
  L’Empa et le constructeur automobile japonais Toyota ont étudié les variations de qualité des diodes des convertisseurs de courant continu/alternatif utilisés dans les véhicules hybrides. Il est apparu que la présence d’impuretés de carbone dans les wafers de silicium à partir desquels ces diodes sont produites améliorait le comportement de commutation de ces diodes.
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