Tsanka Todorova : tout réparer, depuis les os jusqu’aux avions

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On pourrait dire que Tsanka Todorova est une réparatrice dont la boîte à outils est faite de chimie et d’ordinateurs. Jusqu’à récemment, cette native de la Bulgarie participait au développement d’alliages pour l’industrie aérospatiale. Maintenant associée de recherche à l’Université Dalhousie, à Halifax, elle travaille sur le bioverre, un matériau utilisé en orthopédie et en art dentaire. Il s’agit d’une sorte de ciment synthétique apparentée au verre qui peut être utilisé à différentes fins, y compris la réparation de fracture osseuse.

« Ce projet est tellement extraordinaire, affirme Todorova avec enthousiasme. Il porte sur différents types de matériaux. L’un d’eux est un genre de verre utilisé comme produit dentaire. Nous étudions maintenant la façon de fabriquer ces matériaux pour des applications orthopédiques. Les possibilités sont nombreuses. On pourrait s’en servir pour la réparation des os dans le corps. »

Josef Zwanziger, professeur à Dalhousie, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en étude des matériaux par résonance magnétique nucléaire et conseiller pour la recherche de Todorova, précise que ce matériau peut souvent être utilisé dans des situations où on veut que la préparation se dissolve.

« Par exemple, on peut le remplir d’antibiotiques et ensuite en enduire un os fracturé de sorte qu’à mesure que la fracture guérira, l’additif se désintégrera, libérant les antibiotiques dans le corps, continue-t-il. Cette partie du travail de Tsanka s’effectue en collaboration avec un collègue qui fait de l’expérimentation au département des sciences orales appliquées. Sur le plan de la chimie, nous nous intéressons à l’aspect de la simulation, en tentant de simuler la façon dont l’eau fait dissoudre ce verre. »

Todorova nous confie que son objectif à long terme dans ce projet de recherche est de démontrer des façons dont on pourrait utiliser l’ionomère bioactif dont on se sert dans le ciment dentaire comme substance de restauration, puis de les développer.

« Ce travail ajouterait aux récents progrès dans le secteur la synthèse et du génie biomédical, poursuit-elle. De plus, il permettrait à la dynamique moléculaire o de fournir des verres ionomères non toxiques et mécaniquement stables pour des applications biomédicales. »

Le travail de Todorova sur les alliages a été entièrement effectué par modélisation informatique en étudiant, par exemple, l’aluminium additionné d’éléments comme le zirconium ou le scandium pour ensuite calculer les propriétés mécaniques de ce matériau et déterminer quels seraient les effets des défauts. Les défauts dits d’« empilement » sont inévitables dans tout matériau et peuvent affecter la performance de l’alliage.

« Le cristal est fait de plaines d’atomes qui se répètent, mais ceux-ci doivent être décalés les uns des autres de la bonne distance et s’ils ne le sont pas, cela crée un défaut d’empilement, explique Zwanziger. On accumule donc des couches avec une erreur qui se répète. C’est normal. En fait, la thermodynamique demande pratiquement que cela se produise, mais cela détermine aussi la performance réelle du matériau, c’est pourquoi il est important d’inclure ce facteur dans les modèles de matériaux. »

Todorova est titulaire d’un Ph. D. en chimie théorique de l’université de Sheffield, au Royaume-Uni, d’une maîtrise en chimie numérique et d’un baccalauréat en chimie de l’université Sofia en Bulgarie.

Calcul Canada lui apporte un soutien inestimable dans ses recherches puisqu’elle utilise ses puissantes ressources de calcul pour exécuter des simulations de dynamique moléculaire.

« Cette sorte de calcul prend énormément de mémoire, indique Todorova. Nous cherchons à comprendre la structure atomique exacte de ces matériaux. Je fais de la chimie quantique, j’effectue donc la modélisation de différents matériaux selon les principes de la chimie quantique et de la physique des solides. De façon générale, je travaille sur la théorie. »

Quand on lui demande de nous parler de son expérience en tant que femme de science, elle admet être la seule femme de son laboratoire, mais souligne qu’elle n’a de problème avec aucun de ses collègues.

« J’ai beaucoup de liberté, déclare-t-elle. Nous formons une excellente équipe, nous nous soutenons les uns les autres, car, en fin de compte, nous avons tous les mêmes objectifs. »

Zwanziger confirme que leur domaine, la chimie, est plus près de la parité homme-femme que bien d’autres secteurs scientifiques. Et il ajoute : « Tsanka est fascinée par l’approche numérique de la modélisation. C’est un aspect qui lui plaît vraiment. Elle est très productive et elle travaille très fort. »

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