Les nanotubes de carbone
dix fois plus rigides que l'acier...
Un matériau miracle qui ne verra peut-être jamais le jour
Par André Chatelain et Jean-Marc Bonnard
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Ce que l'on pourra
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Promenade parmi
quelques structures
de carbone
Pour tout savoir sur
la "fibre idéale"
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Petit glossaire de termes et de noms cités
Les fibres de carbone, qui permettent de produire des matériaux composites robustes, rigides, légers et stables, sont entrées depuis quelque temps dans le vocabulaire quotidien. Pures ou en composites, elles sont utilisées aussi bien pour fabriquer des skis que des ailes d'avion ou des implants médicaux. On les produit d'ordinaire en chauffant plusieurs fois de suite des fibres de polyacrylonitrile (à 250°C, puis entre 300 à 500°C, et enfin à plus de 500°C). Ce processus expulse progressivement les atomes d'oxygène, d'hydrogène et d'azote, et produit une pâte épurée de carbone de type graphite, qui est alors filée à travers des trous très fins. Une seconde technique, efficiente et peu coûteuse, consiste à filer de la même manière du brai, résidu pâteux du raffinage du pétrole ou de la distillation d'autres matières organiques, très riche en carbone (90% contre 45% pour les fibres de polyacrylonitrile).
Un agent tensioactif est une molécule qui joue un rôle particulier dans l'interface de deux liquides (l'eau et l'huile par exemple), d'où son usage dans la production de détergents et de peintures. Un agent tensioactif a une structure moléculaire composée d'une tête polaire ayant une grande affinité avec l'eau (hydrophile) et une queue ayant tendance à demeurer hors de l'eau (hydrophobe). Dans les lessives, la queue hydrophobe de l'agent tensioactif s'accroche au tissu et aux taches de graisse qui y sont fixées, tandis que sa tête hydrophile tend à détacher du tissu les taches de graisse.
Le microscope à force atomique est l'un des instruments qui a permis d'approcher l'échelle nanométrique. Le microscope dit à effet de tunnel STM (Scanning Tunneling Microscope), appareil révolutionnaire inventé en 1981 par Heinrich Rohrer et Gerd Binnig du laboratoire de recherche IBM de Rüschlikon (Zurich), permet de visualiser la représentation topographique et même des atomes isolés de la surface des matériaux, par la mesure du courant qui passe entre cette surface et la pointe extrêment fine du microscope. Les chercheurs d'IBM, récompensés en 1986 par le prix Nobel de physique, ne tardèrent pas à mettre au point un dispositif encore plus performant, le microscope à force atomique AFM (Atomic Force Microscope), qui permet d'observer la surface des matériaux non conducteurs d'électricité (cellules biologiques, plastique, céramique, verre) grâce à un rayon laser qui analyse les vibrations des forces créées entre la pointe du microscope et la surface des atomes.
Buckminster Fuller (1895-1983), ingénieur américain réputé pour ses travaux d'architecture avant-gardistes, a inventé notamment, dans les années 30, une "machine à habiter", le Dymaxion (pour dynamisme et maximum d'efficacité), et la structure architecturale du Dôme géodésique (forme de sphère ou semi-sphère utilisant des matériaux légers et modulaires, ordonnés en facettes triangulaires standard ). Penseur utopiste, Fuller est l'auteur de très nombreux ouvrages, parmi lesquels Synergetics: Explorations in the Geometry of Thinking ( New York, Macmillan 1975),Utopia or Oblivion: The Prospects of Humanity (Toronto, New York, Bantam Books, 1969),Critical path (New York, N.Y., St. Martin's Press, 1981). Les molécules de carbones (C60, C70, C76, C78, C84) découvertes dès 1985 furent dénommée "fullerènes" en raison de la similarité de leurs structures avec celle du dôme géodésique de Fuller.
Sumio Iijima est un chercheur japonais travaillant dans le département Recherche & Développement du groupe NEC (Nippon Electric Company). Effectuant en 1991 des recherches sur les conditions de synthèse de la molécule C60 au microscope électronique, il découvrit "par pur hasard" la structure des nanotubes de carbone. Dans sa représentation en trois dimensions du monde atomique, le chercheur japonais dit s'inspirer grandement des structures en fibre de bambou de l'artisanat japonais traditionnel.
voir aussi
l'article sur les nanotechnologies
© Le Temps stratégique, No 81, Genève, mai-juin 1998. le.temps@edipresse.ch
