Memoire Online - Méthodes de synthèse des nanomatériaux

La maîtrise des méthodes de synthèse et le progrès dans les techniques de caractérisation telles que le microscope à force atomique et la microscopie électronique à transmission ont permis l'émergence des nanomatériaux. Dans ces matériaux la proportion des atomes de surface devient non négligeable devant celle des atomes de coeur, ce qui leur confère de nouvelles propriétés électriques, mécaniques ou encore optiques. Par exemple, les forces de surface, qui augmentent avec le carré de la taille, deviennent prépondérantes devant les forces d'inertie et le poids qui augmente avec le cube de la taille. Nous pouvons également citer l'exemple de CdSe qui fluoresce avec une longueur d'onde fonction de la taille des nanoparticules alors que leur homologue macroscopique ne fluoresce pas. Du fait de leur importante surface, les nanomatériaux sont également très prometteurs dans le domaine de la catalyse. La quête de nouvelles propriétés ne s'arrête pas aux nanoparticules mais nous allons aujourd'hui vers des objets intelligents fabriqués en fonction des caractéristiques désirées. Ainsi, en combinant des matériaux différents dans un nanocomposite, les propriétés des constituants peuvent être habilement mêlées.

De manière équivalente, des nanoparticules métalliques (Au, Pt) sont synthétisées, mais également, et c'est une première, des nanoparticules supraconductrices (Pb). On peut ainsi étudier l'influence du confinement quantique sur les propriétés de transport électronique de ces nanoparticules, sous forme d'assemblée ou de réseaux. Des résultats importants ont été obtenus sur la suppression de l'effet Meissner dans les nanoparticules de Pb, mais également sur le comportement de type « verres de Coulomb » de réseaux de nanocristaux d'Au. De manière générale, ce sont des systèmes modèles pour étudier les transitions de phase supraconducteur-isolant ou métal-isolant.

Généralités

1-Nanotechnologies

Les nanotechnologies reposent sur la connaissance et la maîtrise de l'infiniment petit. Elles constituent un champ de recherche et de développement multidisciplinaire impliquant la fabrication de nouveaux matériaux et de nouveaux dispositifs à partir d'outils ou de techniques permettant de structurer la matière au niveau atomique, moléculaire ou supramoléculaire. Les échelles caractéristiques des nanotechnologies vont de 1 à 100 nanomètres.

L'unité de référence du monde des nanotechnologies est donc le nanomètre (nm). Le préfixe nano vient du grec nannos qui signifie nain. Un nanomètre est une unité de mesure qui équivaut à un milliardième de mètre (1 nm = 10-9 m = 0,000 000 001 m). Un nanomètre correspond environ à la taille de 4 atomes de silicium mis côte à côte, à 1/100 de la largeur d'une molécule d'ADN, à 1/50 000 de l'épaisseur d'un cheveu humain ou encore à 1/500 000 de l'épaisseur du trait d'un stylo à bille.

A de telles dimensions, la matière acquiert des propriétés inattendues et souvent totalement différentes de celles des mêmes matériaux à l'échelle micro ou macroscopique, notamment en terme de résistance mécanique, de réactivité chimique, de conductivité électrique ou de fluorescence. Les nanotechnologies conduisent donc à l'élaboration de matériaux dont les propriétés fondamentales (chimiques, physiques, thermiques, optiques, biologiques, mécaniques, magnétiques, etc.) peuvent être modifiées : il convient de les considérer comme de nouvelles substances chimiques. Par exemple, l'or est totalement inactif à l'échelle micrométrique alors qu'il devient un excellent catalyseur lorsqu'il prend des dimensions nanométriques. Toutes les grandes familles de matériaux sont concernées : les métaux, les céramiques, les diélectriques, les oxydes magnétiques, les polymères, les carbones, etc.

2-Nano-objets

Les nanomatériaux sont des matériaux composés ou constitués pour tout ou partie de nano-objets qui leur confèrent des propriétés améliorées ou spécifiques de la dimension nanométrique.

Parmi les nano-objets, il est possible de distinguer trois grandes familles :

les nanoparticules ou particules ultra-fines (PUF) dont aucune des dimensions n'est supérieure à 100 nm. L'appellation « nanoparticules » est plutôt réservée aux particules manufacturées et destinées à des usages industriels, que ce soit des nanoparticules connues et produites depuis déjà plusieurs années et dont les tonnages sont élevés comme le dioxyde de titane ou la silice (ils représentent 95 % du marché des nanoparticules) ou des nanoparticules nouvelles comme les fullerènes. Les nanoparticules peuvent se présenter sous la forme de poudre, de suspension, de solution ou de gel. L'appellation « particules ultra-fines » se réfère davantage aux particules présentes depuis toujours dans l'environnement, comme les fumées de volcan, et anciennes dans le monde du travail, comme les émissions secondaires liées à certains procédés industriels (sous-produits de procédés mécaniques, thermiques : fumées de soudage, émissions diesel, etc.).
les nanofibres, les nanotubes, les nanofilaments et les nanobâtonnets dont une des dimensions est supérieure à 100 nm. Ces termes sont généralement, employés pour désigner des nano-objets longilignes dont les dimensions vont de 1 à quelques dizaines de nanomètres pour la section et de 500 à 10 000 nanomètres pour la longueur.
les nanofilms, les nanocouches et les nanorevêtements dont deux des dimensions sont supérieures à 100 nm.

3-Nanomatériaux

Les nano-objets peuvent être utilisés soit en tant que tels, soit en vue d'élaborer de nouveaux matériaux nommés nanomatériaux et habituellement regroupés en trois catégories :

les matériaux nanochargés ou nanorenforcés. Ces matériaux sont élaborés par incorporation de nano-objets dans une matrice organique ou minérale afin d'apporter une nouvelle fonctionnalité ou de modifier des propriétés mécaniques, optiques, magnétiques ou thermiques. Les nanocomposites en sont un exemple. Divers nano-objets sont déjà utilisés dans de nombreuses applications industrielles comme par exemple :

les fumées de silice dans le béton, pour améliorer sa fluidité et ses propriétés mécaniques,
l'alumine destinée au polissage des disques durs en microélectronique,
le noir de carbone utilisé dans les encres d'imprimante et les pneumatiques,
les pigments colorés organiques et minéraux incorporés dans les peintures et les vernis,
le dioxyde de titane utilisé comme protection au rayonnement ultraviolet dans les crèmes solaires. les matériaux nanostructurés en surface. Ces matériaux sont recouverts soit d'une ou plusieurs nanocouches, soit de nanoparticules qui forment un revêtement bien défini, permettant de doter la surface de propriétés (résistance à l'érosion, résistance à l'abrasion, hydrophilie, etc.) ou de fonctionnalités nouvelles (adhérence, dureté, aspect, etc.). De tels revêtements existent déjà, par exemple pour colorer des emballages en verre, apporter une fonction autonettoyante ou renforcer la surface de polymères.
les matériaux nanostructurés en volume. Ces matériaux possèdent une structure intrinsèque nanométrique (microstructure, porosité, réseau nanocristallin, etc.) qui leur confère des propriétés physiques particulières. Les nano-objets sont, dans ce cas, les éléments constitutifs du matériau massif.

Quelques exemples de nano-objets et de nanomatériaux

Nanocristaux fluorescents

Le séléniure de cadmium (CdSe) est un matériau fluorescent.
Lorsqu'il est préparé sous la forme de grains nanométriques (nanocristaux), des effets quantiques apparaissent en raison des faibles dimensions des grains.
Eclairés en ultraviolets, les nanocristaux émettent une lumière dont la couleur change en fonction de leur dimension (cette couleur est, par exemple, respectivement bleue et rouge pour des tailles de grains de 2 nm et 5 nm).
Ces matériaux peuvent être utilisés pour le marquage moléculaire c'est-à-dire pour jouer le rôle de sonde fluorescente et suivre à la trace les réactions chimiques ou les processus biologiques dans les cellules vivantes.
D'autres nanocristaux fluorescents ont été élaborés.
Nanocristaux semi-conducteurs (également nommés quantum dots) de type séléniure de cadmium
Nanotubes de carbone

Découverts il y a une quinzaine d'années, les nanotubes de carbone constituent, avec d'autres molécules nommées fullerènes, la troisième forme cristalline du carbone (les 2 premières étant le graphite et le diamant). La structure d'un nanotube de carbone peut être représentée par un ou plusieurs feuillets de graphite (atomes de carbone disposés en réseau hexagonal plan à l'image d'un nid d'abeilles) enroulés sur eux-même, ou les uns autour des autres, et qui peuvent être fermés à leurs extrémités par une demi-sphère. Le diamètre interne d'un nanotube de carbone est de l'ordre de quelques nanomètres et sa longueur peut atteindre plusieurs micromètres (ils peuvent être considérés comme des fibres).

Les nanotubes de carbone se divisent en 2 catégories : les nanotubes monofeuillet (SWNT : Single Wall Carbon Nanotubes) et les nanotubes multifeuillets (MWNT : Multi Wall Carbon Nanotubes).

De par leur structure très simple et très stable, les nanotubes de carbone possèdent des propriétés physiques, mécaniques et électriques remarquables (excellentes conductivités thermique et électrique, résistance mécanique élevée : un nanotube de carbone est 100 fois plus résistant et 6 fois plus léger que l'acier) qui induisent des applications nombreuses et prometteuses. Les nanotubes de carbone peuvent ainsi être utilisés pour élaborer des matériaux composites haute performance, des polymères conducteurs ou encore des textiles techniques. Ils sont déjà employés dans les domaines des équipements sportifs (vélos, raquettes de tennis, etc.), de l'aéronautique, de l'automobile, de la défense, de la médecine, etc. La poudre de nanotubes en vrac présente également des applications potentielles multiples comme le stockage de l'hydrogène et la fabrication de batteries pour les voitures électriques.

Revêtements nanomodifiés

Inspirés du monde végétal, des revêtements nanomodifiés sont actuellement en cours de développement. La surface de la feuille de lotus est recouverte par des nanocristaux de cire qui forment un réseau de minuscules piliers semblable à une planche cloutée. Les gouttes d'eau ne peuvent pas mouiller la surface et demeurent sphériques sans s'étaler car elles sont soutenues par ces piliers. De même, les grains de poussière n'adhèrent pas et sont emportés à la première pluie. Fabriquer par biomimétisme de telles surfaces artificielles à l'aide de nanomatériaux est un enjeu industriel considérable tant les applications sont nombreuses : vitres anti-salissures, peintures faciles à lessiver, revêtements antibactériens, etc.

Goutte d'eau millimétrique sur un substrat texturé hydrophobe : la goutte garde la forme d'une perle. La texture est un réseau de plots régulièrement organisés, ce qui confère au matériau ses couleurs.

Méthodes de synthése pour les nanomatériaux

Les nano-objets et les nanomatériaux manufacturés et destinés à des usages industriels peuvent être synthétisés selon deux approches différentes. On différencie la méthode dite « ascendante » (en anglais bottom-up) de la méthode dite « descendante » (top-down).

Les deux approches tendent à converger en terme de gamme de tailles des objets. L'approche « bottom-up » semble néanmoins plus riche en termes de type de matière, de diversité d'architecture et de contrôle de l'état nanométrique alors que l'approche « top-down » permet d'obtenir des quantités de matière plus importantes mais le contrôle de l'état nanométrique s'avère plus délicat.

1-Méthodes physiques

a)Evaporation / condensation

Cette méthode consiste à évaporer un métal par chauffage puis à condenser la vapeur métallique afin d'obtenir des nanopoudres formées de particules nanométriques dispersées. Le type de chauffage dépend de la tension de vapeur du métal, c'est-à-dire de sa capacité à s'évaporer, fonction de la force de la liaison chimique mais également de l'état de surface (oxydation). Le Fe, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, produisent suffisamment de vapeur par chauffage radiatif (1 200°C) et inductif (2 000°C). 50 à 100 g/h de matière sont produits en laboratoire.

Les métaux avides d'oxygène (Al, Cr, Ti, Zr) et réfractaires (très faible tension de vapeur,Mo, Hf, Ta, W) nécessitent des modes de chauffage plus puissants : chauffage par bombardement électronique (3 000°C), chauffage par plasma inductif ou/et couplé avec l'arc électrique (3 000°C à 14 000°C). Si les particules métalliques sont placées dans une atmosphère réactive, généralement l'oxygène, après formation, les nanoparticules obtenues sont alors l'oxyde du métal initial après réaction d'oxydation. La difficulté de cette technique est le contrôle de la taille nanométrique. Les nanopoudres seront obtenues par refroidissement très rapide de la vapeur métallique, assurant la formation d'une grande population de particules, puis limitant leur croissance et leur coagulation coalescente.

Ce mode de préparation est employé au niveau de la production industrielle de nanopoudres métalliques et céramiques (citées plus haut) après réaction. La production est de plusieurs dizaines de tonnes par an. Les nanopoudres formées sont des systèmes pulvérulents dont le pouvoir polluant est très élevé (formation d'aérosols) si les chaînes de production et de manutention sont ouvertes à l'atmosphère. Ces nanopoudres sont également fortement pyrophoriques à l'air (explosion et incendie).

b)Pyrolyse LASER

La pyrolyse laser est une méthode souple et efficace de synthèse de poudres nanométriques.

Elle repose sur l'interaction en jets croisés entre l'émission d'un laser CO2 et un flux de réactifs. Le transfert d'énergie résonnant provoque une élévation rapide de température dans la zone de réaction par excitation des niveaux vibrationnels des molécules, les précurseurs sont dissociés et une flamme apparaît dans laquelle se forment les nanoparticules qui subissent ensuite un effet de trempe en sortie de flamme. Les poudres sont entraînées par un flux gazeux dans une zone où elles seront collectées. Dans la plupart des cas, cette collecte s'effectue sur poudre sèche.

Cette méthode permet de synthétiser aisément des particules de 15 à 20 nm à un débit de 100 g/h en laboratoire. Parmi les avantages de cette méthode, on peut citer la réaction en flux, une grande pureté chimique des produits, essentiellement limitée par la pureté des réactifs, une bonne homogénéité physique et chimique, une vitesse de trempe rapide et une bonne souplesse d'utilisation. Selon les mélanges de précurseurs introduits dans le réacteur, une grande variété de poudres a été synthétisée (Si, SiC, SiCN, SiCNAlY, SiCO, Si3N4, TiC, TiO2, fullerènes, suies carbonées, etc.).

c)Irradiation ionique / électronique

En utilisant les irradiations, il est possible de synthétiser des nanostructures de façon

- les caractéristiques particulières du dépôt d'énergie par des ions lourds rapides

d'accélérateurs, tels que le Grand Accélérateur National d'Ions lourds (GANIL), qui

induisent des modifications très localisées du matériau (typiquement dans un rayon

d'une dizaine de nanomètres autour de la trajectoire de l'ion). Une des principales

applications de cette technique concerne la réalisation de membranes polymères

nanoporeuses. Pour aller vers la synthèse « en matrice » de nanofils de types divers, on

peut faire croître le matériau dans les pores d'une telle membrane (les membranes

polymères citées ci dessus sont une possibilité parmi d'autres). La géométrie du pore

- le contrôle par irradiation de la mobilité ionique qui permet d'obtenir des agrégats

métalliques insérés dans des matrices vitreuses, avec des distributions de taille

classiques. Par ailleurs, la forme de ces nanoagrégats peut être modifiée par irradiation

2-Méthodes chimiques

a)Techniques sol-gel

Les techniques sol-gel permettent de produire des nanomatériaux à partir de solutions

d'alkoxydes ou de solutions colloïdales. Les matériaux sont élaborés sous forme de

monolithes, de nanopigments cristallisés ou de couches minces. Ce sont des techniques

fondées sur des réactions de polymérisation inorganiques. On distingue trois types de

Le procédé sol-gel consiste tout d'abord en l'élaboration d'une suspension stable (sol) à partir de précurseurs chimiques en solution. Suite à des interactions entre les espèces en suspension et le solvant, ces « sols » vont se transformer en un réseau solide tridimensionnel expansé au travers du milieu liquide. Le système est alors dans l'état de « gel ». Ces gels sont ensuite transformés en matière sèche amorphe par évacuation des solvants dans leurs domaines gazeux ou supercritique (aérogel) ou par simple évaporation sous pression atmosphérique (xérogel).

Les techniques sol-gel permettent de contrôler la taille et l'homogénéité de la distribution des particules. Elles permettent la production de pièces massives, de dépôts de couches minces sur plaques, fibres ou de composites fibreux. Toutefois, ces techniques présentent certains inconvénients tels que le coût élevé des précurseurs de base, un faible rendement, des produits de faible densité (pour les matériaux à hautes densité, une étape de recuit à haute température est nécessaire) et des résidus de carbones et autres composés, certains pouvant être dangereux pour la santé (pour les matériaux ultra purs, une étape de purification complexe est nécessaire).

b)Fluide supercritique avec réaction chimique

L'un des intérêts majeurs de réaliser une transformation chimique en milieu fluide

supercritique est de pouvoir ajuster continûment les propriétés physico-chimiques du milieu réactionnel sur une grande échelle par ajustement des paramètres pression et température sur de petites échelles. La maîtrise des propriétés physico-chimiques du milieu permet alors de contrôler la réaction chimique et ainsi l'élaboration du matériau (contrôle de la taille et de la morphologie des nanostructures).

Le procédé permet la synthèse de matériaux inorganiques finement divisés : métal, oxyde et nitrure

Schéma de principe des potentialités des milieux fluides supercritiques pour l'élaboration de

3)Méthodes mécaniques

a)Mécanosynthèse et activation mécanique de procédés de la métallurgie des poudres

La mécanosynthèse consiste à broyer des poudres micrométriques (1 à 50 ìm) de plusieurs alliages pour les mélanger. Les poudres sont introduites dans un container scellé, accompagnées de billes en acier ou en tungstène. L'ensemble agité fortement, va permettre une déformation plastique accompagnée d'une usure mécanique de haute énergie. La matière est alors raffinée en continu jusqu'à l'obtention d'une taille nanométrique. La température nécessaire en mécanosynthèse est basse, ce qui permet un grossissement lent des particules formées.

Mécanisme conduisant à la formation d'une nanostructure lors de la mécanosynthèse

b)Consolidation et densification

Les techniques de consolidation permettent d'obtenir des pièces massives à partir de

matériaux pulvérulents (poudres métalliques, céramiques, semiconducteurs et organiques).

Actuellement, les procédés développés en laboratoire et se situant dans une phase de transfert à l'échelle industrielle sont les procédés de frittage mettant en oeuvre les micro-ondes ou le frittage flash sous courant pulsé (milliseconde) de fortes intensités (10.000 à 60.000 A).

Les pièces massives les plus importantes peuvent présenter des diamètres de 80 cm pour une épaisseur de quelques centimètres.

Domaines d'application

Les nanomatériaux pourront être largement utilisés à court, moyen et long terme dans de nombreux secteurs et faire partie de notre quotidien. Certains sont d'ores et déjà en

En matière d'environnement, l'utilisation des nanomatériaux est envisagée pour la réduction des émissions de polluants, le traitement des effluents notamment par photocatalyse et la purification des gaz, la production d'eau ultrapure à partir d'eau de mer, une meilleure utilisation, récupération et un meilleur recyclage des ressources existantes, des analyseurs chimiques spécifiques et multi-substances en temps réel, etc. Les nanomatériaux pourront être développés notamment sous la forme de membranes organiques nano-fonctionnelles, de catalyseurs, de filtres, de céramiques nanoporeuses et d'aérogels.

Les enjeux en matière d'énergie portent plutôt sur l'amélioration des performances des

systèmes énergétiques, le développement d'énergies propres et les économies d'énergie. Des recherches portent sur le développement de matériaux pour le stockage de l'hydrogène (notamment les nanotubes de carbone), une utilisation en tant que barrière thermique nanostructurée (comme les aérogels), une nouvelle génération de cellules photovoltaïques, un éclairage plus économique, des accumulateurs électriques et des cellules de combustion compactes avec de larges surfaces internes, des lasers à puits quantique, des fenêtres intelligentes, des matériaux isolants plus efficaces, etc. Les nanoparticules sont utilisées en tant que supports de catalyse dans l'industrie automobile, membranes céramiques, piles à combustibles, photocatalyse, propulseurs et explosifs, revêtements anti-rayures, céramiques structurales et revêtement par vaporisation thermique.

L'objectif de l'industrie textile est d'améliorer la qualité et les fonctionnalités des textiles en développant des propriétés mécaniques intéressantes ou bien encore en intégrant des objets communicants. En particulier, des nanocomposites fibres-polymères sont en développement, du fait de leur résistance élevée, de leur transparence, de propriétés ignifuges et d'un très faible poids.

Les enjeux de l'industrie chimique portent essentiellement sur le développement de

nanocomposites à matrice polymère, l'élargissement des domaines d'application des

polymères et l'amélioration de certaines propriétés (allègement et renforcement des structures, amélioration des propriétés optiques, augmentation de la durabilité, mais également résistance au feu, aux températures élevées et aux chocs thermiques). Il s'agit notamment d'obtenir des céramiques, pigments, poudres et catalyseurs multifonctionnels et plus efficaces, des technologies de collage sans colle, de nouvelles technologies de soudage, des couches fonctionnelles (anti-adhésif, ntistatique, etc.), des peintures, vitres et vêtements photo-actifs et autonettoyants, etc.

L'industrie cosmétique cherche à améliorer les propriétés des produits cosmétiques telles que la tenue, la transparence, la brillance et les propriétés optiques. A cet effet, des études portent notamment sur l'utilisation de nanoparticules en nano-dispersions et en microémulsions.

Plusieurs types d'applications sont développés par l'industrie cosmétique, notamment :

Il s'agit du marché des particules inorganiques utilisées pour produire des agents

antimicrobiens, des marqueurs biologiques pour la recherche et le diagnostic, des procédés de séparation biomagnétiques, des vecteurs d'administration de médicaments, des milieux de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique, des dispositifs orthopédiques et des écrans de protection solaire. Les nanomatériaux peuvent notamment permettre d'améliorer les médicaments actuels, de délivrer des médicaments sur-mesure uniquement à des organes précis, d'obtenir des surfaces

biocompatibles pour implants et des vaccins oraux à partir de nanoparticules, de produire des nanoparticules magnétiques à partir de supports biologiques ainsi que des matériaux biocompatibles.

En ce qui concerne les soins de santé, les nanomatériaux permettront de réaliser des moyens de diagnostic miniaturisés implantés afin d'obtenir des diagnostics précoces, en chirurgie d'améliorer l'ingénierie tissulaire et des implants avec des revêtements améliorant la biocompatibilité et la bioactivité, l'analyse d'ADN, la construction d'appareils d'ultraprécision, des systèmes d'analyse et de positionnement, de meilleurs systèmes optiques, des biopuces à haute densité, la biodétection de pathogènes, la détection de protéines, etc.

On cherche à utiliser les nanomatériaux dans l'industrie automobile en vue de réduire le poids des véhicules, d'augmenter la résistance des pièces automobiles, notamment aux rayures, d'augmenter la tenue à la température de certaines pièces, de diminuer la consommation d'énergie, de limiter les émissions de gaz à effet de serre et d'augmenter la sécurité et le confort des passagers. Les recherches portent notamment sur les nanocomposites à matrice polymère permettant d'augmenter la résistance des matériaux tout en diminuant le poids des pièces. Les nanomatériaux pourraient aussi contribuer à augmenter le rendement de la combustion des carburants et à accroître le rendement thermique des moteurs. Des couches de polymères d'épaisseur nanométrique pourraient modifier les propriétés thermiques des vitrages et créer un habitacle athermique (ce qui existe déjà pour les pare-brises). D'autre part, du fait de l'importante surface d'échange des nanoparticules, une application intéressante serait leur utilisation dans les pots catalytiques pour le traitement des gaz de combustion. Des peintures extérieures avec effets de couleurs, résistant aux égratignures, élastiques et sur lesquelles les salissures n'ont pas prise sont aussi envisagées.

Les nanomatériaux font aussi l'objet de nombreuses recherches dans le secteur aéronautique et spatial afin, notamment, d'améliorer la performance et de diminuer le poids des matériaux, d'augmenter la durée de vie, de diminuer la consommation et d'améliorer la performance des moteurs. Pour atteindre ces objectifs, des recherches sont menées notamment pour améliorer les procédés de dépôt de surface sur pièces mécaniques et réaliser des revêtements permettant une protection mécanique, contre la corrosion, contre les agressions chimiques et constituant une barrière thermique.

Dans l'industrie de l'électronique et des communications, les nanomatériaux permettent de nombreuses applications telles que : des mémoires à haute densité et des processeurs miniaturisés, de nouvelles cellules solaires, batteries et cellules à combustion, des composantes digitales logiques, des écrans plats à éclairement brillant, un couplage silice/substances organiques. Ils permettent des vitesses de traitement plus rapides et une plus grande capacité d'enregistrement.

L'industrie du verre souhaite développer des vitrages en verre renforcé en utilisant des

composites à matrice verre visant à protéger la surface des verres grâce à des revêtements comportant notamment une fonction anti-pluie, une fonction auto-nettoyante et des propriétés optiques particulières (fonction réfléchissante, coloration, anti-reflet, absorption des UV).

L'industrie des produits céramiques cherche à renforcer les céramiques en introduisant des nanopoudres comme les nanoparticules de nitrure de silicium qui permettent de renforcer l'alumine. L'industrie du bâtiment développe des capteurs miniaturisés qui seront intégrés dans l'habitat afin d'améliorer le confort et la sécurité. Des recherches sont en cours pour réaliser des revêtements plus résistants ou présentant des propriétés anti-salissures ou antidérapantes.

D'autre part, dans le domaine du génie civil et des grands ouvrages, l'amélioration de la sûreté passe par le renforcement des matériaux de construction.

Observés pour la première fois en 1991, les nanotubes se présentent comme des tubes creux concentriques séparés de 0,34 nanomètre (parfois il n'y a qu'un seul tube), avec un diamètre interne de l'ordre du nanomètre et une longueur de l'ordre de quelques micromètres. Ces structures allongées sont éventuellement fermées à leurs extrémités par des pentagones de carbone caractéristiques des fullerènes.

Un tel filament présente une résistance 100 fois supérieure à l'acier, pour un poids divisé par six, et cela avec une résistance peu commune aux hautes températures. Leur diamètre est de l'ordre du millionième de millimètre. Cette valeur est réellement difficile à appréhender pour l'esprit humain, mais pour la comprendre, il suffit de se dire qu'un nanotube de carbone d'une longueur équivalent à la distance Terre-Lune, enroulé sur lui-même, occuperait le volume qu'un pépin d'orange.

Leurs propriétés électriques, mécaniques et thermiques laissent entrevoir de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la microélectronique, des matériaux (car ils sont potentiellement cent fois plus résistants et six fois plus légers que l'acier), pour le stockage de l'hydrogène.

Conclusion

Ainsi, nous avons vu que les nanotechnologies sont un domaine très prometteur. De nombreuses applications sont possibles dans de vastes domaines. Celui de la médecine profite largement des bénéfices apportés par les nanoparticules. En effet, qu'il s'agisse du nanotube de carbone ou encore d'une nanoparticule à coeur magnétique les nano-objets ouvrent une nouvelle branche de la recherche : il devient possible de traiter le cancer, d'injecter des particules de taille nanométriques et d'en contrôler la quantité, de localiser certains types de cellules, etc.

Grace à elles, on peut démultiplier les possibilités actuelles : il est possible de faire mieux avec moins, et d'avoir une dispersion rapide sur un élément ciblé. Mais les nanotechnologies ne doivent pas être utilisées à outrance. Il faut savoir réguler leur emploi pour éviter une éventuelle catastrophe sanitaire. Enfin, le développement durable à besoin des nanotechnologies pour progressivement amener une nouvelle visée de la science, celle d'informer et d'aider au développement mondial.

En clair, les nanotechnologies sont une véritable avancée technique qui a tout pour conduire la société vers une nouvelle révolution dans le domaine médical comme nous l'avons vu, mais aussi dans de nombreux autres. Seules les incertitudes peuvent être un frein à cette lancée scientifique, et il est de notre ressort de décider comment s'agencera la « course aux nanos ».

Méthodes de synthèse des nanomatériaux

Introduction

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