Nanotechnologies

À la découverte des nanomatériaux

Ce mot ne vous inspire peut-être rien de très concret ou bien vous laisse des images futuristes dans la tête et pourtant… Ce type de matériau fait déjà bel et bien partie de notre quotidien, bien souvent sans même que l’on en ai conscience.

On qualifie de nanomatériau tout matériau sous forme de poudre, aérosol quasi-gaz, suspension liquide ou gel possédant des propriétés particulières à cause de sa taille et structure nanométrique. Concrètement, cela signifie qu’il contient une certaine quantité de nanoparticules, c’est à dire des particules qui ont une dimension (largeur, longueur ou  hauteur) inférieure à 100 manomètres ce qui lui octroie des propriétés particulières.

« Un nanomatériau est un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d’agrégat ou sous forme d’agglomérat, dont au moins 50 % des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm. »

Définition de la Commission Européenne

  Mais qu’est ce que de toutes petites particules peuvent bien apporter à ces matériaux ? Pourquoi tant d’études se penchent sur ce type de technologie et pourquoi les industriels sont-ils prêt à investir des millions pour créer des matériaux aux propriétés sans cesse améliorées ?

I. Dans le monde de l’infiniment petit

Les nanomatériaux ne sont pas des matériaux bourrés d’électronique comme cela pourrait l’être dans l’imaginaire collectif. À l’origine, une certaine quantité de nanoparticules est produites de manière naturelle notamment à l’occasion de phénomènes tels que l’érosion, les activités volcaniques, les combustions (comme les feux de forêt par exemple) ou bien encore dans la propagation des virus.

Il conviendrait de rappeler quelques définitions afin de ne pas s’emmêler les pinceaux:

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À titre de comparaison les nanoparticules sont en moyenne 156,35 fois plus petites qu’une cellule humaine et 43,75 fois plus petites qu’un noyau cellulaire.

La taille de ces particules est infiniment petite, elles nécessitent donc l’utilisation de microscopes électroniques hyper sophistiqués pour être observées. L’existence de ces particules et leur observation n’a été possible que très tardivement durant la deuxième moitié du XXe siècle. Leurs effets sur le corps humain ou sur l’environnement restent encore très incertains mais les avancées scientifiques et techniques sur ces matériaux se multiplient, malheureusement trop souvent dans un but commercial.

On s’est aperçu que le nombre de ces nanoparticules dans l’air et dans l’eau avait augmenté significativement ces dernières années, notamment dans les villes ou les zones d’activité industrielle. En effet, nombre de ces particules microscopiques ne sont ni naturelles ni produites directement par l’homme mais sont pourtant bel et bien le fruit d’une activité humaine.

Cette production de particules ultra-fines ou nanoparticules anthropiques est une externalité négative de la production industrielle qui rejette ce type de particule dans la nature par le biais des fumées de soudure ou de certaines combustions et techniques de production. Les cheminées à bois ou les moteurs de voiture sont eux-aussi amenés à rejeter des particules fines et ultra-fines dans leurs fumées.

Face à l’incertitude quand au danger potentiel que peuvent représenter ces nanoparticules et au danger avéré des particules fines, les filtres à particules sont devenus obligatoires en France sur les véhicules Diesel neufs depuis le 1er Janvier 2011. Ils se généralisent également sur les véhicules essence ainsi que sur les chauffages/cheminées à bois.

—> À lire aussi: Les nanomatériaux sont-ils dangereux ?

Enfin, l’agriculture et l’épandage plus spécifiquement contribuent à disperser des nanoparticules dans les eaux des rivières ou dans les nappes phréatiques. Une partie croissante de ces nanoparticules est volontairement produite par l’homme pour son activité industrielle. Avec les progrès techniques du XVIe siècle, l’homme est désormais capable de produire des objets nanométriques en laboratoire et en très grande quantité. Ce sont ainsi des tonnes de dioxyde de titane, de noir de carbone, d’alumine, de carbonate de calcium ou de silice amorphe qui sont produits chaque année afin d’être utilisées dans diverses processus industriels pour leurs nombreuses propriétés

II. Nomenclature des nanomatériaux

Pour bien comprendre ce que sont les nanomatériaux il faut aller à la base de ce qui fait leur originalité c’est à dire les nanoparticules qui composent leur matière ou leur surface. On peut ainsi distinguer deux grandes familles de nanomatériaux qui sont les nano-objets et les matériaux nanostructurés.

Les nano-objets sont des objets qui ont une, deux ou trois dimensions de taille manométriques c’est à dire comprise entre 1 et 100 nanomètres. En fonction de la taille de chacune des dimension de ces objets ou pourra les classer en 3 catégories.

  • Les nanoparticules qui possèdent trois dimensions externes nanométriques et qui sont donc les plus petits des nano-objets. Elles ont une forme sphérique comme les  fullerènes qui sont composées de carbone.

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  • Les nanofibres, nanotubes, nanofilaments et nanobâtonnets sont eux des objets avec seulement deux dimensions nanométrique et une troisième significativement plus supérieure, ils sont généralement de forme longitudinale comme les nanotubes de carbone ou les nanofibres de polyester.

 

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  • Les nano-feuillets, les nano-plats ou nano-plaquettes possèdent, elles, uniquement une dimension nanométrique et se présentent sous forme de feuilles extrêmement fines comme les nano-feuillets d’argile ou (les nano-plaquettes de séléniure de cadmium.)

Graphene

On retrouve ensuite la famille des matériaux nanostructurés qui possèdent une composition interne ou une surface externe à l’échelle nanométrique. On peut là encore  les diviser en trois grandes familles. Ici ce n’est pas la taille de l’échantillon de matière qui est pris en compte mais les caractéristiques et la disposition des particules qui le compose de l’intérieur ou à sa surface.

  • Les agrégats ou agglomérats de nano-objets: C’est à dire des matériaux formés uniquement d’une multitude de nano-objets individuels regroupés entre eux.
  • Les nanocomposites: Il sont composé pour tout ou partie de nanoparticules, Les nano-objets sont incorporés dans une matrice ou sur une surface afin de lui apporter une nouvelle fonctionnalité ou de modifier certaines de ses propriétés mécaniques, magnétiques, thermiques etc..
  • Les matériaux nanoporeux: Dans ce cas ce ne sont pas des nano-objets en tant que tels qui confèrent au matériau sont caractère nanométrique mais les « pores », c’est à dire les petits espaces d’air qui le composent. On peut prendre l’exemple des aérogels de silice qui sont de très bon isolants thermiques.

Maintenant que vous avez mis le pied dans le monde microscopique des nanomatériaux et que vous savez d’où ils viennent et de quoi ils sont composés vous devez certainement vous poser une multitude de questions quand à leur utilisation concrète. Et vous avez bien raison, car ces particules sont utilisés dans une multitude d’objet du quotidien et qui n’ont rien de réels bijoux de technologie et que vous pouvez découvrir dans notre second article.

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