Cap sur les nanotechnologies

Les nanotechnologies : le nerf de la prochaine révolution technologique

 On peut définir les nanotechnologies comme les procédés de fabrication de structures ou de  machines à l’échelle du nanomètre, c’est-à-dire à l’échelle moléculaire.

Rappelons qu’un nanomètre (noté nm) est un millionième de mm, soit la taille de quelques atomes.

Rappelons également que l’épaisseur du cheveu humain est de l’ordre de 25 000 nm à 50 000 nm. Une cellule sanguine mesure 2500 nm. Un atome mesure environ 0,1 nm.

  Le but de cet article est d’exposer l’intérêt de ces nouvelles techniques, les moyens mis en    œuvre, les propriétés obtenues et différentes applications.

Historiquement, en 1959, Richard Feynman, physicien célèbre pour ses travaux en mécanique quantique (notamment sur les interactions entre particules) « imagine  un monde où les atomes seraient manipulés un à un et agencés en structure de très petite taille ».

Ce n’est qu’en 1985, qu’on découvre une nouvelle forme allotropique du carbone le C60 qui donnera jour en 1996, aux nanotubes de carbone, une des principales applications (voir les exemples d’applications). L’émergence des nanotechnologies peut être située dans les années 90.

 Pourquoi ?

On peut s’interroger sur l’intérêt de la manipulation de la matière à si petite échelle.

L’un des intérêts majeurs est la fabrication de structures si petites qu’elles pourront non seulement permettre un gain de place, mais également accroître les capacités de stockage, la performance, notamment dans le cadre d’installations industrielles (d’un point de vue chimique, plus une particule est petite, plus elle est réactive). Quelques autres intérêts notables seront décrits dans la partie « applications »

 Mode de fonctionnement

Sans entrer dans les considérations de la physique quantique, on dira qu’à l’échelle du nanomètre la matière se comporte de manière différente de ce qui se passe l’échelle macroscopique(la particule adopte un comportement ondulatoire). En particulier, les propriétés physico-chimiques sont différentes : propriétés quantiques (dont nous verrons tout l’intérêt plus loin) mais aussi l’apparition d’effets de surface, de volume, de bords.

Ex : des matériaux isolants à l’échelle macroscopique, deviennent semi-conducteurs à l’échelle nanométrique…

Ainsi une bonne partie des nanosciences s’applique à étudier les propriétés à l’échelle nanométrique : des propritétés totalement nouvelles (par rapport à l’échelle macroscopique) et inconnues de matériaux .

 Techniques et moyens mis en œuvre

Diverses techniques sont utilisées afin d’observer et d’interagir avec la matière à l’échelle moléculaire.

  • Le microscope à effet tunnel permettant de parcourir des surfaces conductrices et semi-conductrices. (L’effet tunnel est un phénomène quantique qui permet aux électrons de la matière observée de passer -comme une sorte de « téléportation »- , sous réserve que les distances soient suffisamment faibles entre la matière observée et la pointe métallique du microscope)
  • Le microscope à force atomique (pour les matériaux non conducteurs)

Microscopie à effet tunnel

Deux techniques vont permettre de construire ce nano-monde : approche descendante (qui consiste à miniaturiser avec des motifs de plus en plus fins) et l’approche ascendante (ou bottom-up) qui consister à assembler des atomes ou molécules.

 Domaines et exemples d’application

  • Médical et paramédical

Des nanoparticules de TiO2 sont introduites dans les crèmes solaires de part leur grande capacité d’absorption des ultraviolets.

La recherche médicale travaille sur les possibilités très intéressantes des nanoparticules à pénétrer les tissus cellulaires : elles pourraient donc être utilisées comme outils de diagnostic (imagerie des cellules), ou même dans la thérapie du cancer (injection possible au cœur des tumeurs de nanoparticules permettant de les détruire)

On pense aussi à des nano-robots permettant (de l’intérieur) de détruire le cholestérol.

  • Electronique

La miniaturisation des composants électroniques des ordinateurs lie son avenir aux nanotechnologies.

  • Energie

Les nano-mousses permettent une isolation thermique des habitations hors du commun. En effet, elles renferment au sein de nano-pores une grande quantité d’air ce qui augmente considérable-ment la résistance thermique.

Grâce aux nanotechnologies, de nouvelles perspectives s’ouvrent également dans le secteur des capteurs solaires. Les nouveaux nanomatériaux ne se contentent pas d’absorber la lumière visible, mais peuvent aussi exploiter la lumière infrarouge ce qui conduirait à de bien meilleures performances.

Cellule_solaire

Structure à l’échelle nanométrique de cellules solaires

Une équipe du Department of Biological and Agricultural Engineering and the Nanomaterials in the Environment, Agriculture and Technology (NEAT) de UC Davis (Californie) a créé un nouveau type de matériau de stockage à base de nanotubes de carbone. grâce à leur petite taille et leur forme cylindrique, les nanotubes procurent de grandes surfaces efficaces pour le stockage et la fourniture de l’énergie requise.

Nanotubes de carbone (grande capacité de stockage)

  • Chimie

Les métaux précieux sont souvent utilisés comme catalyseur (produit permettant d’accélérer une réaction ou de la faciliter) dans l’industrie chimique. Ils sont néanmoins coûteux, les utiliser sous forme de nanoparticules (plus réactives) permettrait de réduire la quantité requise tout en augmentant la performance.

  • Environnement

Les nanopoudres (par exemple celles produites à partir de fer) vont considérablement accroître les possibilités de décontamination des sols pollués.

  • Les risques des nanotechnologies

L’utilisation des nanotechnologies ouvre des perspectives géniales mais l’évaluation des risques est cruciale. L’une des questions importantes en cours de réflexion concerne la santé et  la possibilité d’interaction des nanoparticules avec nos cellules (leur petite taille leur permet en effet de passer à travers un certain nombre de muqueuses et de barrières biologiques). La vraie question est :   » jusqu’à quel point ? » et pourra-t-on maîtriser ce phénomène ?

nanomedecine

Pour en savoir plus

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie

http://terresacree.org/nanotechnologies.htm

http://www.internetnews.com/

http://science.howstuffworks.com

http://www.france-science.org/Photolithographie

http://www.nanoquebec.ca/nanoquebec_w/site/explorateur.jsp?currentlySelectedSection=259

http://drgoulu.com/2007/04/15/mini-micro-nano/

 

 

2 comments for “Cap sur les nanotechnologies

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