Diplômée en juin 2009 du Bachelier en Soins Infirmiers à l'Haute Ecole libre de Bruxelles (HELB) - Ilya Prigogine, Nathalie Pétillon commence directement à la clinique Sainte Anne Saint Rémi, CHIREC, comme infirmière en gériatrie. Après l'obtention de son master en Santé Publique elle devient infirmière cheffe dans ce même hôpital en unité médico chirurgicale en septembre 2012. Dans ce cadre et en collaboration avec l'équipe médicale, elle assure l'ouverture de quatre lits spécialisés en soins continus, non reconnus, en aménageant l'organisation journalière sans augmentation de cadre en personnel. La prise en charge des stagiaires et l'intérêt pédagogique de son service comme lieu de stage lui tiennent fortement à cœur.
C'est après neuf années de gestion de l'unité qu'elle souhaite avoir une vision plus large de l'organisation et de la gestion hospitalière. Elle prend alors, toujours dans la même clinique, la fonction de cadre intermédiaire en septembre 2021.
Dans ses fonctions courantes à l'heure actuelle apparaissent les responsabilités de l'accueil des nouveaux engagés et des étudiants dans les unités de soins sur le site de Sainte Anne mais aussi la coordination de la cellule formation pour l'ensemble du département infirmier du CHIREC.
