Lorsqu'on lui demande comment prononcer correctement son nom, Jakob Schwiedrzik réagit avec calme. « Schwirzik » en est proche, dit-il. « La première syllabe vient de l'allemand, la deuxième du polonais. Du coup, ni les Allemands ni les Polonais ne peuvent le prononcer correctement », s'amuse le scientifique de haute stature.

Tout comme son nom, Jakob Schwiedrzik évolue lui-même entre différents domaines : science des matériaux, construction, mécanique, médecine, mathématiques. Depuis août 2024, le scientifique dirige le laboratoire de céramique haute performance de l'Empa. Il est arrivé à l'Empa dix ans plus tôt, d'abord comme post-doctorant, puis comme chef de groupe au laboratoire de mécanique des matériaux et de nanomécanique à Thoune, où il faisait de la recherche sur les couches minces et la micromécanique. L'un des points forts de son activité de recherche à cette époque était un matériau particulier : l'os.

La céramique dans le corps

De l'os à la céramique - un grand saut ? Moins loin qu'on ne le pense, dit l'homme de 39 ans. « Les os sont des matériaux composites. Ils sont composés d'un biopolymère, le collagène, et d'une partie minérale, l'hydroxyapatite, une biocéramique ». De nombreuses céramiques sont donc considérées comme prometteuses pour des applications biomédicales, comme les implants. D'autres céramiques spéciales promettent des percées dans la construction légère, la catalyse chimique, le stockage de l'énergie et la capture du CO₂ de l'atmosphère. « La céramique est super : légère et rigide, chimiquement résistante et biologiquement compatible, résistante à la température et avec des propriétés catalytiques intéressantes », énumère Jakob Schwiedrzik. La faiblesse de ce « super-matériau » réside dans sa mécanique : La céramique est fragile et sujette aux cassures.

Jakob Schwiedrzik voit dans cette faiblesse un grand potentiel d'innovation. Le scientifique des matériaux qu'il est sait que la composition d'un matériau n'est que la moitié de l'affaire. Sa structure est tout aussi importante. « Si l'on structure correctement la céramique à l'échelle micro ou même nanométrique, elle peut devenir ductile et se comporter presque comme un métal », dit-il. C'est encore une vision d'avenir - mais pas inaccessible, le tout nouveau directeur de laboratoire en est convaincu. Ce sont précisément ces matériaux microstructurés, comme le sont d'une certaine manière les os, qu'il a étudiés en détail et développés lui-même avec son groupe de recherche « Architectured Materials » à l'Empa à Thoune.

Cette expertise est désormais entièrement à la disposition du laboratoire de céramique haute performance - un bon complément, selon Jakob Schwiedrzik. « Le développement de nouveaux matériaux comporte trois composantes : Le processus, la structure et les propriétés », explique le chercheur. « Grâce à mon prédécesseur Thomas Graule, notre laboratoire est très fort dans le domaine du développement de processus et de l'impression 3D de céramiques techniques. Nous pouvons maintenant compléter ce point fort avec mon expertise dans l'étude des relations entre la structure et les propriétés mécaniques en particulier. Pour cela, nous combinons la simulation et les approches expérimentales ». Grâce à son nouveau directeur, le laboratoire gagne une palette de compétences plus large. Parallèlement, le directeur élargit lui aussi son horizon. « L'interdisciplinarité m'a toujours motivé », explique Jakob Schwiedrzik.

Oser la nouveauté

Un coup d'œil sur son CV le confirme. Jakob Schwiedrzik avait initialement étudié le génie mécanique à l'université technique de Vienne. « Adolescent, j'étais passionné par les sciences naturelles et la technique, en particulier par l'aéronautique », raconte-t-il. « Les études de génie mécanique m'ont semblé être un touche-à-tout : elles offraient un large aperçu de très nombreux sujets ».

Le calcul s'est avéré juste. Outre la thermo-dynamique et la dynamique des fluides, la mécanique, la science des matériaux, l'électrotechnique et l'informatique, cet étudiant avide de connaissances a découvert pendant son master un cours sur la biomécanique des tissus humains. « C'était le cours le plus difficile que j'ai eu dans ma vie », dit Jakob Schwiedrzik en riant. « Je devais non seulement comprendre l'anatomie de tous les tissus, mais aussi les décrire mathématiquement. J'avais l'impression d'avoir de la matière pour deux ans en un seul semestre ». Là où la plupart de ses camarades ont abandonné, lui a relevé le défi. « C'était très exigeant, mais aussi très intéressant. Souvent, j'étais le seul étudiant à faire les exercices. En conséquence, j'avais aussi des débriefings en tête-à-tête avec le professeur », se souvient-il.

Cette ténacité est devenue le tremplin de Jakob Schwiedrzik dans sa carrière universitaire, et le professeur, Philippe Zysset, son directeur de thèse. Il a obtenu son doctorat dans le domaine de la biomécanique osseuse. Lorsque Philippe Zysset a quitté l'Université technique de Vienne pour l'Université de Berne en 2011, le jeune doctorant l'a suivi en Suisse. Peu de temps après, il a fait la connaissance, lors d'une conférence, de Johann Michler, le directeur du laboratoire « Mécanique des matériaux et nanomécanique » de l'Empa à Thoune. Les deux chercheurs ont entamé une collaboration interdisciplinaire. Après son doctorat, Jakob Schwiedrzik a rejoint l'équipe de Johann Michler et donc la science des matériaux. Un fil rouge dans sa vie de chercheur : « A chaque étape de ma carrière, je me suis aussi un peu jeté à l'eau », sourit-il.

Heureusement, il trouve de tels plongeons rafraîchissants - aussi bien dans la recherche que littéralement, à la piscine qu'il aime fréquenter avec ses deux enfants, âgés de sept et neuf ans. « Le temps passé en famille est le meilleur équilibre pour moi », dit Jakob Schwiedrzik. Un équilibre est nécessaire, car les exigences envers un chef de laboratoire sont multiples. « Je dois aussi délibérément me réserver du temps pour réfléchir, au lieu de me précipiter d'une réunion à l'autre », explique Jakob Schwiedrzik.

Les ponts vers le succès

Schwiedrzik fait face à ses nouvelles tâches administratives avec la même curiosité et la même motivation que pour les nouveaux thèmes de la recherche. Déjà à l'Empa à Thoune, il a assumé des rôles supplémentaires comme la formation professionnelle des laborantins en physique et la collaboration au sein du service sanitaire de l'entreprise.

Mais Jakob Schwiedrzik reste un chercheur dans l'âme. Il continue à diriger son propre groupe de recherche « Architectured Materials », désormais intégré au laboratoire de céramique. « Nous renforçons ainsi également la collaboration entre les sites de l'Empa à Dübendorf et à Thoune, ce qui me réjouit beaucoup », déclare le directeur. Il considère la collaboration simple entre les différents laboratoires et domaines de recherche - l'esprit d'équipe - comme l'une des plus grandes forces de l'Empa. L'autre est sa fonction de pont entre la recherche et l'industrie. « Nous faisons une excellente recherche fondamentale qui est en même temps orientée vers l'application - et nous essayons de la mettre en œuvre immédiatement avec nos partenaires industriels », explique Jakob Schwiedrzik.

La céramique suscite justement un grand intérêt de la part de l'industrie, notamment dans les domaines des techniques environnementales, de l'énergie et de la médecine. « La crise climatique, le tournant énergétique et le vieillissement de la société sont des défis sociaux importants auxquels nous pouvons apporter une contribution directe », souligne le directeur du laboratoire. Malgré la multitude de problèmes auxquels notre société est actuellement confrontée, Jakob Schwiedrzik envisage l'avenir avec optimisme, car « un défi est toujours une chance d'évoluer ».

Carrière

Jakob Schwiedrzik (*1986) dirige depuis le 1er août 2024 le laboratoire « Céramique haute performance » de l'Empa à Dübendorf. Il a étudié le génie mécanique à l'Université technique de Vienne et a ensuite obtenu un doctorat à l'Université de Berne dans le domaine de l'étude de la résistance des os à l'échelle microscopique. Il a obtenu son doctorat en 2014 avec la mention « summa cum laude ». Jakob Schwiedrzik a rejoint l'Empa en tant que postdoctorant au laboratoire de Thoune « Mécanique des matériaux et nanomécanique », a été promu scientifique en 2017 et a remporté la même année une « Ambizione Grant » du Fonds national suisse (FNS). En 2021, il est devenu chef de groupe pour les « Architectured Materials », également au laboratoire de mécanique des matériaux et de nanomécanique. Parallèlement à ses activités scientifiques à l'Empa, il s'engage en tant que chargé de cours à l'ETH Zurich, à l'EPFL et à l'Université de Berne.

Informations

Dr. Jakob SchwiedrzikHigh Performance CeramicsTél. +41 58 765 69 [email protected]

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• Formation, recherche & innovation: Science