Depuis son enfance, Hadas Elazar-Mittelman s’intéresse à la chimie et à la science des matériaux. Elle passait souvent son temps à manipuler du Silly Putty, un jouet en caoutchouc malléable, pour lui donner des formes étranges, ainsi qu’à plier et casser des objets pour voir si leur forme changeait et comment. En cinquième année, elle suppliait son professeur de sciences, Sharon Turpie, d’allumer des objets pour qu’elle puisse observer la réaction et voir comment cela transformait le matériau. Sa famille et ses professeurs, en particulier Turpie et Daniella Munteanu, son professeur de chimie au lycée, ont encouragé cet intérêt, et elle a beaucoup appris sur la science et l’ingénierie des matériaux avant même d’avoir le vocabulaire nécessaire pour savoir que cela existait en tant que profession.
Au cours de sa deuxième année d’études à l’université du Maryland, Elazar-Mittelman a découvert la science et l’ingénierie des matériaux en tant que discipline. Elle s’est intéressée à l’ingénierie des matériaux pour des applications durables lors de son projet de fin d’études, qui l’a initiée au monde du captage, de l’utilisation et du stockage du carbone. Elle a même effectué un stage au Laboratoire de physique appliquée Johns Hopkins, où elle a été confrontée à des problèmes intéressants et stimulants liés aux matériaux et à la chimie dans les domaines de la résilience environnementale et de la détection chimique.
Finalement, l’APL a proposé à Elazar-Mittelman un poste à temps plein en tant qu’ingénieure en matériaux, où elle a pris plaisir à travailler sur divers projets de recherche, à diriger une équipe de stagiaires et à proposer de nouveaux domaines de recherche. Bien qu’elle aimait son travail, elle savait qu’elle avait besoin de plus de formation, et ses mentors de l’APL l’ont encouragée à poursuivre un doctorat. Aujourd’hui en quatrième année de doctorat, Elazar-Mittelman étudie les technologies à bilan carbone négatif sous la direction de Michael Tsapatsis, chercheur principal à l’Institut de nanobiotechnologie et professeur émérite Bloomberg au département de génie chimique et biomoléculaire, et de Jonah Erlebacher, professeur au département des sciences et du génie des matériaux.
Sur quoi portez-vous vos recherches ?
Je m’intéresse aux technologies à bilan carbone négatif, en particulier à la réduction de l’empreinte carbone dans les secteurs de la construction et des infrastructures. Mes recherches portent sur les voies chimiques et matérielles permettant de séquestrer définitivement le dioxyde de carbone, c’est-à-dire de le transformer en solide. De nombreuses recherches se concentrent sur la transformation du dioxyde de carbone en carburants, mais ces derniers finissent par réémettre du dioxyde de carbone. Sous forme solide, il n’y a pas de réémission, car le produit final est destiné à rester solide. J’étudie la réduction chimique du dioxyde de carbone à l’aide de magnésium métallique, appelée réduction magnésothermique. Au départ, j’ai étudié comment utiliser la réduction magnésithermique pour fabriquer des composites structurels à base de carbone à partir de dioxyde de carbone, mais j’étudie maintenant comment la même chimie peut transformer la fabrication du ciment en un processus potentiellement négatif en termes d’émissions nettes.
Quels sont les défis liés à l’étude des technologies négatives en carbone ?
Les technologies qui capturent et réutilisent le carbone, également appelées technologies d’utilisation du carbone, sont difficiles à mettre en œuvre d’un point de vue technologique et économique. Le dioxyde de carbone est une molécule très stable. Sa conversion en d’autres produits chimiques et matériaux, en particulier en carbone solide, nécessite une quantité d’énergie considérable. Compte tenu de ces besoins énergétiques importants, nous devons évaluer la technico-économie et l’efficacité des solutions potentielles. En outre, nous devons tenir compte des émissions générées lors de la production et du transport des marchandises, car ces émissions intrinsèques, comme on les appelle, contribuent de manière significative aux émissions globales de la technologie. Certaines technologies pourraient entraîner des émissions de dioxyde de carbone supérieures à leur consommation. Si ces technologies doivent soutenir nos objectifs mondiaux en matière d’émissions, elles doivent également résoudre les problèmes d’évolutivité et produire un produit qui réponde à un besoin du marché. En outre, les émissions associées aux matériaux utilisés dans le secteur de la construction et des infrastructures, tels que le ciment et le béton, comprennent des émissions intrinsèques importantes, qui sont difficiles à atténuer en raison de la manière dont ces matériaux sont traditionnellement extraits et fabriqués.
Que faites-vous pour tenter de surmonter ces défis ?
Notre équipe de laboratoire a constaté que des questions de recherche intéressantes se posent lorsque nous examinons non seulement la technologie de base, mais aussi d’où proviennent les différents composants chimiques de cette technologie, comment ils sont fabriqués et comment ils sont obtenus. Nous prenons en compte de nombreux facteurs, tels que l’approvisionnement et la fabrication durable des matières premières, les sources de chaleur alternatives qui consomment du dioxyde de carbone plutôt que d’en émettre, l’évaluation technico-économique et du cycle de vie d’une technologie donnée, ainsi que les améliorations apportées aux processus et aux produits. Actuellement, je me concentre sur l’étude de la manière dont nous pouvons utiliser la réaction de réduction magnésithermique pour fournir de la chaleur au processus de fabrication du ciment et produire des poudres solides de carbone et d’oxyde de magnésium destinées à être utilisées dans le ciment et le béton. L’adoption d’une stratégie de « valorisation des déchets » consistant à utiliser le dioxyde de carbone comme source de chaleur peut contribuer à réduire les émissions intrinsèques d’un processus et, dans l’ensemble, rendre l’économie plus favorable.
Quels seront les impacts de vos recherches si elles aboutissent ?
Le secteur du bâtiment et de la construction représente plus de 35 % de nos émissions totales de carbone. Les émissions intrinsèques représentent une part importante et sont difficiles à réduire. Si nos recherches aboutissent, nous pourrons créer des matériaux de construction à bilan carbone négatif à partir de sous-produits issus de flux de déchets courants, tels que les résidus miniers, qui contiennent également du carbone solide dérivé du dioxyde de carbone. Cela permettrait de réduire considérablement les émissions liées à la fabrication du ciment tout en démontrant qu’il est possible d’utiliser notre environnement bâti comme moyen de stockage du carbone solide. J’espère que les travaux que nous menons pour transposer la chimie de la réduction magnésithermique à des applications de fabrication à plus grande échelle inspireront la créativité dans le développement de technologies à émissions négatives pour la production de matériaux.
Faites-vous partie d’un groupe d’étudiants à Hopkins ?
Je suis représentant des étudiants au sein de l’association des étudiants diplômés du Ralph O’Conner Sustainable Energy Institute. Auparavant, j’ai été coprésident et directeur du département engagement de la Materials Graduate Society. J’ai également fondé le Hopkins Catalysis Club, un groupe d’intérêt communautaire qui rassemble des étudiants, des post-doctorants et des professeurs en science et ingénierie des matériaux, en génie chimique et biomoléculaire et en chimie afin de partager leurs recherches et de participer à un club de lecture sur des sujets liés à la catalyse, à la science des surfaces et aux matériaux.
Lorsque vous ne faites pas de recherche, que faites-vous pendant votre temps libre ?
J’adore enseigner et travailler avec les étudiants. J’ai été tuteur pendant plus de 10 ans et je continue à donner des cours particuliers à quelques étudiants pendant mon temps libre. Je donne généralement des cours particuliers en mathématiques et en sciences à des élèves de la 5e à la terminale, mais j’ai également donné des cours particuliers à des étudiants en licence et en master. J’ai même donné des cours particuliers à des personnes qui ont repris leurs études à 70 ans !
Je suis également mentor dans le cadre du programme Quality Enhancement Systems and Teams (QUEST) de l’université du Maryland, dont je suis un ancien élève. Il s’agit d’un programme d’excellence destiné aux étudiants de premier cycle en commerce, ingénierie et sciences, qui met l’accent sur la réalisation de projets d’apprentissage expérimental. Je participe au cours de synthèse afin de soutenir les phases initiales du projet en déterminant un cahier des charges et en aidant l’équipe à définir une vision pour l’engagement de son client.
En dehors du tutorat et du mentorat, j’aime cuisiner et j’expérimente régulièrement de nouvelles recettes et cuisines dans ma cuisine. J’aime également peindre et j’ai suivi un cours de peinture à l’huile à Hopkins, qui a été une expérience incroyablement enrichissante. Vous pouvez également me trouver en train de jouer au tennis et de pratiquer des activités de plein air en général.
Source : Laboratoire de physique appliquée Johns Hopkins
