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
phase de production industrielle.
Environnement
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.
Energie
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.
Textile
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.
Chimie et matériaux
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.
Cosmétiques
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 :
- filtration des rayonnements ultraviolets ;
- tenue des crèmes solaires à l'eau ;
- adaptation à l'environnement par effet photochromique
;
- nouveaux effets visuels ;
- anti-vieillissement de la peau.
Santé
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.
Automobile
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.
Aéronautique et spatial
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.
Electronique et communications
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.
Verre et articles en verre
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).
Céramiques et matériaux de
construction
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.
Nanotubes de carbone
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.
Structure d'un nanotube
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