{"id":214,"date":"2014-12-30T20:26:33","date_gmt":"2014-12-30T19:26:33","guid":{"rendered":"http:\/\/www.archipress.org\/wp\/?page_id=214"},"modified":"2015-01-18T21:28:43","modified_gmt":"2015-01-18T20:28:43","slug":"214-2","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.archipress.org\/?page_id=214","title":{"rendered":"Des nanotubes de carbone"},"content":{"rendered":"
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Les nanotubes de carbone\u00a0dix fois plus rigides que l’acier…<\/h3>\n

Un mat\u00e9riau miracle qui ne verra peut-\u00eatre jamais le jour<\/p>\n

Par Andr\u00e9 Chatelain et Jean-Marc Bonnard<\/p>\n

Andr\u00e9 Chatelain, professeur de physique exp\u00e9rimentale \u00e0 l’\u00c9cole Polytechnique F\u00e9d\u00e9rale de Lausanne, poursuit des recherches dans le domaine de la mati\u00e8re condens\u00e9e, notamment sur les propri\u00e9t\u00e9s de structure, \u00e9lectroniques, magn\u00e9tiques et optiques, d’amas d’atomes de taille nanom\u00e9trique et de nanostructures de carbone.<\/p>\n<\/div>\n

Jean-Marc Bonard, premier assistant \u00e0 l’Institut de Physique Exp\u00e9rimentale de l’EPFL, poursuit des recherches sur les propri\u00e9t\u00e9s physiques et chimiques de nanostructures de carbone ainsi que sur l’application de la microscopie \u00e9lectronique \u00e0 leur \u00e9tude.<\/p>\n

Dix fois plus rigide que l’acier, six fois plus l\u00e9ger que lui, si mince qu’il en faudrait 50’000 li\u00e9s en gerbe pour obtenir une fibre de l’\u00e9paisseur d’un cheveu humain… De quoi s’agit-il?<\/p>\n

De nanotubes de carbone.<\/p>\n

Les nanotubes de carbone sont des tubes jusqu’\u00e0 mille fois plus longs que large, ferm\u00e9s aux extr\u00e9mit\u00e9s d’un diam\u00e8tre de l’ordre du nanom\u00e8tre (c’est-\u00e0-dire d’un millioni\u00e8me de millim\u00e8tre: un arbre de m\u00eames proportions, dont le tronc aurait un m\u00e8tre de diam\u00e8tre, pourrait atteindre une hauteur de plusieurs kilom\u00e8tres!). Ils apparaissent spontan\u00e9ment dans les suies produites par une d\u00e9charge \u00e9lectrique entre deux \u00e9lectrodes plac\u00e9es dans un gaz rare \u00e0 une pression relativement basse. Form\u00e9s de minuscules feuilles carbon\u00e9es arrang\u00e9es en cylindres concentriques, c’est-\u00e0-dire embo\u00eet\u00e9es les unes dans les autres, ils diff\u00e8rent en cela du graphite, dont les feuilles sont planes. C’est un Japonais, Sumio Iijima, qui le premier les a observ\u00e9s au microscope \u00e9lectronique en 1991.<\/p>\n

Avant d’aller plus loin, il faut dire quelques mots, cependant, de ce mat\u00e9riau \u00e9tonnant: le carbone. A l’\u00e9tat libre, on lui conna\u00eet depuis l’Antiquit\u00e9 deux formes, l’une rare: le diamant, et l’autre abondante: le graphite. On sait \u00e9galement, et depuis longtemps, que le carbone entre dans la combinaison chimique de tous les corps organiques (mati\u00e8re vivante, p\u00e9trole, charbon) et de beaucoup de corps inorganiques (carbonates de toutes sortes, gaz carbonique, etc.), alors m\u00eame qu’il ne constitue que 0.2% de la cro\u00fbte terrestre.<\/p>\n

Il y a une dizaine d’ann\u00e9es encore, la communaut\u00e9 scientifique pensait conna\u00eetre toutes les formes de carbone. Elle croyait la science de ce mat\u00e9riau arriv\u00e9e \u00e0 maturit\u00e9. On imagine donc sa surprise lorsqu’ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvertes des formes de carbone in\u00e9dites!<\/p>\n

Il y eut d’abord, en 1985, le fameux \u00ab\u00a0ballon de football\u00a0\u00bb, 60 atomes de carbone arrang\u00e9s en forme de cage. Puis toute une famille de cages, connues aujourd’hui sous le nom de \u00ab\u00a0fuller\u00e8nes\u00a0\u00bb, en l’honneur de l’Am\u00e9ricain Buckminster Fuller, l’architecte de structures d’avant-garde ayant pr\u00e9cis\u00e9ment la forme de cages. Plus tard, il y eut les \u00ab\u00a0oignons\u00a0\u00bb – et, bien s\u00fbr, apparent\u00e9s aux fuller\u00e8nes, les \u00ab\u00a0nanotubes de carbone\u00a0\u00bb dont il sera question dans cet article.<\/p>\n

A l’heure o\u00f9 diminue le soutien \u00e0 la recherche fondamentale, il est int\u00e9ressant de noter que ces formes nouvelles de carbone ont toutes \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvertes dans le cadre de programmes de recherches non dirig\u00e9s, c’est-\u00e0-dire point tenus en laisse par les canons du savoir officiel ou l’obsession des applications industrielles.<\/p>\n

Le terme graphite vient du verbe grec \u00ab\u00a0graphein\u00a0\u00bb, \u00e9crire. Abraham Gottlob Werner l’a propos\u00e9 en 1789 pour d\u00e9signer la forme de carbone utilis\u00e9e principalement comme marqueur (les mines de crayon par exemple). Le graphite est constitu\u00e9 de plans parall\u00e8les d’atomes distribu\u00e9s en hexagones r\u00e9guliers et accol\u00e9s les uns aux autres. Le graphite a des propri\u00e9t\u00e9s lubrifiantes parce que ces plans ne sont que faiblement li\u00e9s entre eux. Chacun des atomes du graphite compte un \u00e9lectron relativement libre, raison pour laquelle il est un bon conducteur \u00e9lectrique. La stabilit\u00e9 du graphite jusque aux tr\u00e8s hautes temp\u00e9ratures lui donne une place de choix dans diverses applications technologiques: disques de frein et d’embrayage, joints divers, isolateurs, absorbeurs d’\u00e9nergie de raquettes de tennis ou de club de golf, connecteurs \u00e9lectriques mobiles dans les moteurs, \u00e9l\u00e9ments de chauffage dans les fours \u00e0 tr\u00e8s haute temp\u00e9rature, etc.<\/p>\n

Le terme diamant provient quant \u00e0 lui, semble-t-il, d’une d\u00e9gradation du mot grec \u00ab\u00a0adamastos\u00a0\u00bb, invincible. Des textes hindous \u00e9voquent les qualit\u00e9s particuli\u00e8res de ce cristal au XIIIe si\u00e8cle avant J\u00e9sus-Christ d\u00e9j\u00e0. Les premiers textes occidentaux qui en font mention datent du Ier si\u00e8cle de notre \u00e8re. Chaque atome de diamant est entour\u00e9 de quatre autres atomes; il est donc au centre d’un t\u00e9tra\u00e8dre r\u00e9gulier dont les sommets sont occup\u00e9s par ses quatre plus proches voisins. Cet arrangement est tellement \u00ab\u00a0parfait\u00a0\u00bb qu’il r\u00e9siste \u00e0 la plupart des sollicitations ext\u00e9rieures et fait du diamant l’un des mat\u00e9riaux les plus durs que l’on connaisse. Tous les \u00e9lectrons ext\u00e9rieurs du diamant sont utilis\u00e9s pour les liaisons du diamant lui-m\u00eame; cela explique qu’il soit un mauvais conducteur \u00e9lectrique.<\/p>\n

Mais revenons aux nanotubes de carbone.<\/p>\n

En 1997, plus de 250 articles scientifiques ont \u00e9t\u00e9 publi\u00e9s \u00e0 leur propos, et, aujourd’hui encore, il ne se passe gu\u00e8re de semaine sans que \u00ab\u00a0Science\u00a0\u00bb ou \u00ab\u00a0Nature\u00a0\u00bb, les deux revues scientifiques les plus prestigieuses du monde, n’ajoute \u00e0 cette liste, une floraison remarquable pour un domaine aussi jeune. L’engouement sera-t-il durable? Oui, si l’on trouve aux nanotubes de carbone des applications int\u00e9ressantes et viables.<\/p>\n

Mais avant m\u00eame d’en arriver l\u00e0, certains probl\u00e8mes restent \u00e0 r\u00e9soudre. Nous en mentionnerons deux.<\/p>\n

Le premier est de r\u00e9ussir \u00e0 purifier les nanotubes, c’est-\u00e0-dire \u00e0 les s\u00e9parer des autres nanoparticules produites au moment de leur fabrication. Nous avons constat\u00e9, et cela est piquant, que le meilleur moyen d’y r\u00e9ussir est de les laver au savon! Les mol\u00e9cules de savon, qui est un tensioactif, contribuent \u00e0 s\u00e9parer les nanoparticules les unes des autres et \u00e0 les maintenir en suspension dans le solvant – de la m\u00eame mani\u00e8re qu’elles font se disperser les petites gouttes d’huile dans l’eau.<\/p>\n

Nous avons constat\u00e9 \u00e9galement qu’il est possible de s\u00e9parer les nanotubes des autres nanoparticules en augmentant la concentration de savon. Cette concentration fait s’agglom\u00e9rer les gros objets (les nanotubes), cependant qu’elle laisse dispers\u00e9s les petits objets (les nanoparticules). Ce tri par tailles permet d’obtenir des \u00e9chantillons de nanotubes purs en quantit\u00e9 macroscopique.<\/p>\n

Le second probl\u00e8me est de d\u00e9terminer \u00e0 quels mat\u00e9riaux s’apparentent les nanotubes. Puis qu’ils sont faits de feuilles de graphite, on pourrait penser qu’ils ont les propri\u00e9t\u00e9s physiques et chimiques du graphite. Or des calculs th\u00e9oriques sugg\u00e8rent que les nanotubes, en raison de leur sym\u00e9trie et de la courbure en cylindres de leurs plans de graphite, sont une forme interm\u00e9diaire entre le graphite et le diamant. D’autres recherches th\u00e9oriques pr\u00e9disent en outre que l’extr\u00eame petitesse de leur taille devrait leur donner des propri\u00e9t\u00e9s additionnelles sp\u00e9cifiques. Les exp\u00e9riences de laboratoire peinent n\u00e9anmoins \u00e0 mettre ces sp\u00e9cificit\u00e9s en \u00e9vidence. Elles sugg\u00e8rent plut\u00f4t que les nanotubes ont des propri\u00e9t\u00e9s proches de celles du graphite, et qu’il faut descendre \u00e0 des temp\u00e9ratures tr\u00e8s basses ou utiliser des techniques exp\u00e9rimentales tr\u00e8s sophistiqu\u00e9es pour que certaines des sp\u00e9cificit\u00e9s pr\u00e9dites apparaissent.<\/p>\n

Mais les chercheurs, en m\u00eame temps qu’ils essaient de r\u00e9soudre ces probl\u00e8mes fondamentaux, se pr\u00e9occupent de d\u00e9finir le potentiel d’utilisation industrielle des nanotubes. Ils explorent \u00e0 cette fin plusieurs pistes plus ou moins prometteuses.<\/p>\n

Premi\u00e8re piste, ils essaient de profiter du fait que les nanotubes sont creux pour y encapsuler des mat\u00e9riaux, par exemple de minuscules particules de cobalt, de nickel et de fer, d’un int\u00e9r\u00eat \u00e9vident pour les supports magn\u00e9tiques (disques durs des ordinateurs par exemple), ainsi prot\u00e9g\u00e9s de l’oxydation ou de la d\u00e9gradation au contact de l’air, de l’eau ou d’un acide. Ils ont \u00e9galement r\u00e9ussi, selon le m\u00eame principe, \u00e0 immobiliser des prot\u00e9ines \u00e0 l’int\u00e9rieur de nanotubes, les prot\u00e9geant et assurant le maintien de leur activit\u00e9 biologique pendant divers tests de stabilit\u00e9. On pourrait, dans le m\u00eame esprit, utiliser les nanotubes pour prot\u00e9ger certaines substances sensibles, biomat\u00e9riaux ou autres m\u00e9dicaments durant leur transport.<\/p>\n

Par ailleurs, on pourrait utiliser les nanotubes pour fabriquer, en m\u00e9decine, des \u00e9lectrodes biocompatibles; en chimie, des supports de catalyseurs ou des \u00e9prouvettes miniatures; en ing\u00e9nierie, comme moules pour produire des fils minces comme un 50’000\u00e8me de cheveu, ou de longs tubes minuscules.<\/p>\n

En pratique, il s’av\u00e8re cependant difficile de remplir la cavit\u00e9 centrale des nanotubes, dont le diam\u00e8tre est de quelques nanom\u00e8tres seulement. Plusieurs groupes de chercheurs s’y sont essay\u00e9s avec un succ\u00e8s tout relatif. Il faut en effet br\u00fbler d’abord les pointes des tubes pour d\u00e9gager la cavit\u00e9, puis introduire le mat\u00e9riau souhait\u00e9 par capillarit\u00e9, de fa\u00e7on homog\u00e8ne sur toute la longueur du tube si possible. Or, \u00e0 ces dimensions nanoscopiques, le mouillage joue un r\u00f4le capital: si le mat\u00e9riau que l’on entend introduire ne mouille pas le graphite du nanotube et forme donc sur ses parois des gouttelettes, l’exp\u00e9rience montre qu’il est quasiment impossible de le remplir. Le remplissage d’un nanotube n’a donc rien \u00e0 voir avec celui d’une \u00e9prouvette de laboratoire.<\/p>\n

Pour contourner ce probl\u00e8me, divers chercheurs ont tent\u00e9 de dissoudre le mat\u00e9riau de remplissage dans une solution mouillant la paroi int\u00e9rieure du nanotube, de retirer alors le liquide et de laisser le mat\u00e9riau sec d\u00e9pos\u00e9 dans le tube.<\/p>\n

Quoi qu’il en soit, les m\u00e9thodes de remplissage d\u00e9velopp\u00e9es \u00e0 ce jour ne permettent de remplir qu’une toute petite partie des tubes trait\u00e9s, et encore de mani\u00e8re imparfaite. Les chercheurs s’acharnent donc \u00e0 am\u00e9liorer les proc\u00e9d\u00e9s de remplissage continu et \u00e0 trouver une m\u00e9thode pour \u00e9liminer les tubes non remplis.<\/p>\n

De nos jours, nombre de produits incorporent, on le sait, des fibres de carbone qui am\u00e9liorent leur r\u00e9sistance aux chocs et aux efforts m\u00e9caniques. Les fibres de carbone sont en effet tr\u00e8s l\u00e9g\u00e8res et tr\u00e8s rigides – leur rigidit\u00e9 tenant pour l’essentiel \u00e0 l’arrangement en hexagones de leurs atomes dans les plans graphitiques. Or, dans les nanotubes, ces plans sont enroul\u00e9s sur eux-m\u00eames en cylindres embo\u00eet\u00e9s les uns dans les autres, c’est pourquoi les nanotubes sont plus rigides encore que les fibres de carbone!<\/p>\n

Des simulations du comportement m\u00e9canique des nanotubes ont indiqu\u00e9 qu’ils sont en outre tr\u00e8s r\u00e9sistants \u00e0 la rupture. \u00ab\u00a0Pli\u00e9s\u00a0\u00bb de 20\u00b0 de plus que l’angle droit, non seulement ils n’ont pas cass\u00e9, mais ont pu reprendre leur forme initiale! Des chercheurs am\u00e9ricains ont v\u00e9rifi\u00e9 r\u00e9cemment cette pr\u00e9vision en utilisant la pointe d’un microscope \u00e0 force atomique (une petite pyramide en nitrure de silicium) qui permet d’appliquer une force locale avec une pr\u00e9cision de quelques nanom\u00e8tres. Ils ont r\u00e9ussi ainsi \u00e0 replier des nanotubes sur eux-m\u00eames, sans observer de rupture. L’EPFL a v\u00e9rifi\u00e9 la rigidit\u00e9 des nanotubes de mani\u00e8re un peu diff\u00e9rente. Lorsque l’on disperse des nanotubes sur une membrane poreuse, certains d’entre eux font passerelle au-dessus d’un trou de la membrane. Il est alors possible d’appuyer sur cette passerelle avec la pointe d’un microscope \u00e0 force atomique et de mesurer sa d\u00e9formation.<\/p>\n

Les r\u00e9sultats de ces exp\u00e9riences confirment tous que les nanotubes sont parmi les objets les plus rigides qui soient. Imaginez un cylindre dont le diam\u00e8tre ext\u00e9rieur serait de 10 cm et la paroi de 4 cm d’\u00e9paisseur, reliant deux murs distants de 2 m\u00e8tres: si le cylindre \u00e9tait aussi rigide qu’un nanotube 10 millions de fois plus petit que lui, sous un poids de 1000 tonnes il ne fl\u00e9chirait en son centre que d’un centim\u00e8tre.<\/p>\n

Reste \u00e0 trouver maintenant les moyens de conserver ces propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques de rigidit\u00e9 et de r\u00e9sistance \u00e0 la rupture \u00e0 l’\u00e9chelle macroscopique A quand des skis en nanotubes de carbone?<\/p>\n

Mais les nanotubes ont d’autres propri\u00e9t\u00e9s \u00e9tonnantes encore. Les pointes qui ferment leurs extr\u00e9mit\u00e9s, en raison de leur haute courbure et de la pr\u00e9sence de pentagones dans le r\u00e9seau de leurs hexagones atomiques, ont des propri\u00e9t\u00e9s distinctes de celles des tubes eux-m\u00eames. Un nanotube, qui est de 100 \u00e0 1000 fois plus long que large, se comporte, lorsqu’il est dress\u00e9, comme un m\u00e2t effil\u00e9 qui attire id\u00e9alement la foudre, l’effet dit \u00ab\u00a0de pointe\u00a0\u00bb provoquant une forte amplification du champ \u00e9lectrique au sommet des objets, qu’il s’agisse de paratonnerres, d’arbres ou de nanotubes.<\/p>\n

Ce haut niveau de champ \u00e9lectrique permet au nanotube d’\u00e9mettre des \u00e9lectrons sans devoir \u00eatre chauff\u00e9, \u00e0 la diff\u00e9rence de ce qui est habituellement le cas au niveau macroscopique. Les dimensions extraordinairement r\u00e9duites du nanotube font donc de lui une exceptionnelle \u00ab\u00a0source froide d’\u00e9lectrons\u00a0\u00bb: les tensions \u00e9lectriques n\u00e9cessaires sont 5 \u00e0 10 fois moindres que pour d’autres \u00e9metteurs. A l’EPFL, nous avons montr\u00e9 qu’un seul nanotube pouvait \u00e9mettre entre 1 millioni\u00e8me de millioni\u00e8me d’amp\u00e8re et un dix-milli\u00e8me d’amp\u00e8re, suivant la tension \u00e9lectrique appliqu\u00e9e. Un dix-milli\u00e8me d’amp\u00e8re repr\u00e9sente un courant faible dans l’absolu (mille fois moins que le courant n\u00e9cessaire \u00e0 une petite lampe de poche), mais une densit\u00e9 de courant assez ph\u00e9nom\u00e9nale si l’on consid\u00e8re le faible diam\u00e8tre des tubes. Un courant proportionnellement identique, dans un fil de cuivre de 1mm de diam\u00e8tre, serait de 1 million d’amp\u00e8res, soit 10’000 fois plus que ce que ce fil serait capable de supporter.<\/p>\n

Mais l\u00e0 aussi, un obstacle reste \u00e0 franchir: lorsque le courant \u00e9mis est \u00e9lev\u00e9, les nanotubes s’usent assez rapidement. Un tube seul \u00e9met de fa\u00e7on relativement stable pendant 100 heures ininterrompues, mais lorsque des millions de tubes sont dispos\u00e9s en film, ils se d\u00e9gradent beaucoup plus rapidement, pour des raisons encore inexpliqu\u00e9es. Or les industriels veulent – pour r\u00e9aliser par exemple des \u00e9crans plats \u00e0 nanotubes, qui leur poseraient de toute fa\u00e7on des probl\u00e8mes de fabrication et de conditionnement majeurs – des \u00e9metteurs qui \u00ab\u00a0tiennent\u00a0\u00bb au moins 10’000 heures. Pour l’instant, ils ne se pressent donc pas au portillon pour d\u00e9velopper une technologie dont nul ne sait si elle sera viable, d’autant que l’on trouve aujourd’hui, brad\u00e9s sur le march\u00e9, des \u00e9crans \u00e0 cristaux liquides pour quelques centaines de francs \u00e0 peine…<\/p>\n

Depuis leur d\u00e9couverte en 1991, les nanotubes ont suscit\u00e9 de formidables recherches physico-chimiques. Pourtant il convient d’\u00eatre prudent. Trop de proph\u00e8tes se sont br\u00fbl\u00e9s les doigts en annon\u00e7ant, sur la base de d\u00e9couvertes sous microscopes, l’av\u00e8nement du mat\u00e9riau du futur. La distance qui s\u00e9pare l’exploit de laboratoire de la production \u00ab\u00a0de tous les jours\u00a0\u00bb est \u00e9norme. Des ann\u00e9es seront n\u00e9cessaires pour obtenir des \u00e9chantillons de nanotubes purs et uniformes, puis pour d\u00e9velopper \u00e0 grande \u00e9chelle des techniques de fabrication et de purification contr\u00f4l\u00e9e. L’utilisation industrielle de nanostructures exigera en outre la mise au point de techniques de manipulation et d’organisation (mises en forme, arrangements, alignements fiables, assemblages…) d\u00e9passant nos capacit\u00e9s actuelles.<\/p>\n

C’est pourquoi, aujourd’hui, nul ne peut dire si les nanotubes finiront demain en chim\u00e8res, ou seront au contraire des mines d’or.<\/p>\n

\u00a9 Le Temps strat\u00e9gique, No 81, Gen\u00e8ve, mai-juin 1998.<\/span><\/span><\/div>\n
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ADDENDA<\/strong><\/p>\n

Ce que l’on pourra aussi faire avec les nanotubes\u00a0<\/strong><\/p>\n

(un jour peut-\u00eatre si tout va bien)<\/strong><\/p>\n

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Remplacer le silicone des puces informatiques<\/strong><\/p>\n

Selon le docteur Alex Zettl, du d\u00e9partement de physique de l’universit\u00e9 de Californie \u00e0 Berkeley, l’industrie du silicone, dans sa course \u00e0 la miniaturisation des puces \u00e9lectroniques, est en train d'\u00a0\u00bballer dans le mur\u00a0\u00bb. Il sugg\u00e8re donc de remplacer \u00e0 l’avenir le silicone par les minuscules mol\u00e9cules du carbone. Le nanotube serait particuli\u00e8rement adapt\u00e9 \u00e0 un tel appareillage, les chercheurs ayant prouv\u00e9 qu’il est possible de cr\u00e9er des dispositifs \u00e9lectroniques \u00e0 l’\u00e9chelle d’un atome ou d’une mol\u00e9cule. Les travaux de Zettl, pr\u00e9sent\u00e9s en octobre 1997, ont montr\u00e9 \u00e9galement qu’une seule mol\u00e9cule de nanotube pourrait contenir plusieurs petits appareils tels que transistor et autres composants essentiels de syst\u00e8mes \u00e9lectroniques.<\/p>\n

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Remplacer le disque dur de votre ordinateur<\/strong><\/p>\n

L’id\u00e9e de r\u00e9aliser des fils magn\u00e9tiques de taille nanoscopique pour stocker de l’information s’impose lorsque l’on consid\u00e8re l’app\u00e9tit de notre soci\u00e9t\u00e9 pour le stockage. Les supports standards de stockage d’information – disques durs, disquettes, cartouches SyQuest – sont en grande partie magn\u00e9tiques. Pour augmenter la densit\u00e9 de leur m\u00e9moire, il faut accro\u00eetre le nombre de bits par micron carr\u00e9, d’o\u00f9 l’int\u00e9r\u00eat de dispositifs le plus petits possibles. Chaque bit est un \u00e9l\u00e9ment aimant\u00e9 orient\u00e9: si le p\u00f4le sud de l’aimantation est en haut et le p\u00f4le nord en bas, dans le langage binaire cela veut dire \u00ab\u00a0oui\u00a0\u00bb, et l’inverse \u00ab\u00a0non\u00a0\u00bb. Une fois \u00e9crite, l’information doit rester inchang\u00e9e, en particulier lors de la lecture, c’est-\u00e0-dire que l’aimantation doit conserver son axe – ce que facilite la nature filiforme des nanofibres consid\u00e9r\u00e9es.<\/p>\n

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Remplacer (\u00e0 bas prix) les \u00e9crans \u00e0 cristaux liquides<\/strong><\/p>\n

Jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent, les \u00e9crans plats (des ordinateurs portables principalement) utilisent le plus souvent la technologie des cristaux liquides. L’ennui, avec les cristaux liquides, est qu’ils propodent des couleurs qui manquent de vivacit\u00e9. Or les nanotubes pourraient permettre de pallier ce d\u00e9faut dans des \u00e9crans plats qui seraient, de surcro\u00eet, bon march\u00e9. Les nanotubes, parfaitement align\u00e9s, se transformeraient en effet en \u00e9metteurs d’\u00e9lectrons d’autant plus efficaces qu’ils sont de bons conducteurs \u00e9lectrique et concentrent le courant sur de tr\u00e8s petites surfaces. Reste la difficulgt\u00e9 d’orienter des dizaines de millers de nanotubes dans la m\u00eame direction, mal r\u00e9solue pour l’heure.<\/p>\n

Implanter ni vu ni connu des \u00e9lectrodes m\u00e9dicales biocompatibles<\/strong><\/p>\n

Les nanotubes, parce qu’ils sont minuscules et enti\u00e8rement en carbone, sont biocompatibles, une propri\u00e9t\u00e9 qui int\u00e9resse vivement les m\u00e9decins et les biologistes. Des chercheurs ont montr\u00e9 le potentiel des nanotubes comme \u00e9lectrodes permettant d’\u00e9tudier directement dans le corps humain l’oxydation de la dopamine, un neurotransmetteur. Les nanotubes pourraient \u00e9galement servir \u00e0 transporter des mat\u00e9riaux biologiques (m\u00e9dicaments). Des nanoparticules de carbone ont enfin \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es par des cher-cheurs am\u00e9ricains comme des microprojectiles joliment appel\u00e9s \u00ab\u00a0biolositiques\u00a0\u00bb pour introduire de l’ADN dans des cellules vivantes.<\/p>\n

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Construire enfin (mais c’est un peu tir\u00e9 par les cheveux!) un ascenseur cosmique<\/strong><\/p>\n

Dans un article paru en 1997 dans \u00ab\u00a0The American Scientist\u00a0\u00bb, Richard E. Smalley (d\u00e9couvreur du carbone C60 et des fuller\u00e8nes) \u00e9voque la nouvelle de science-fiction d’Arthur Clarke Les fontaines du paradis (Paris, Albin Michel, 1980) dans laquelle l’auteur imagine un cable accroch\u00e9 \u00e0 un satellite g\u00e9ostionnaire, qui permettrait aux ing\u00e9nieurs de faire monter des mat\u00e9riaux dans l’espace. Sur la base de calculs th\u00e9oriques, Smalley montre qu'\u00a0\u00bbaucun des mat\u00e9riaux connus de l’humanit\u00e9 ne saurait \u00eatre suffisamment solide, sauf peut-\u00eatre, un jour, des cables de fuller\u00e8nes [atomes cousins des nanotubes]\u00a0\u00bb. Cette observation du prix Nobel de chimie 1996 a connu un tel \u00e9cho dans la presse am\u00e9ricaine que, depuis lors, certains se prennent \u00e0 r\u00eaver d’un ascenseur qui permettrait aux humains d’\u00e9migrer vers le cosmos.<\/p>\n<\/div>\n

\u00a0Sources: \u00ab\u00a0International Herald Tribune\u00a0\u00bb, \u00ab\u00a0Science\u00a0\u00bb, Institut de Physique-EPFL (Andr\u00e9 Ch\u00e2telain).<\/div>\n
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Petit glossaire de termes et de noms cit\u00e9s<\/strong><\/p>\n

Les fibres de carbone<\/strong>, qui permettent de produire des mat\u00e9riaux composites robustes, rigides, l\u00e9gers et stables, sont entr\u00e9es depuis quelque temps dans le vocabulaire quotidien. Pures ou en composites, elles sont utilis\u00e9es aussi bien pour fabriquer des skis que des ailes d’avion ou des implants m\u00e9dicaux. On les produit d’ordinaire en chauffant plusieurs fois de suite des fibres de polyacrylonitrile (\u00e0 250\u00b0C, puis entre 300 \u00e0 500\u00b0C, et enfin \u00e0 plus de 500\u00b0C). Ce processus expulse progressivement les atomes d’oxyg\u00e8ne, d’hydrog\u00e8ne et d’azote, et produit une p\u00e2te \u00e9pur\u00e9e de carbone de type graphite, qui est alors fil\u00e9e \u00e0 travers des trous tr\u00e8s fins. Une seconde technique, efficiente et peu co\u00fbteuse, consiste \u00e0 filer de la m\u00eame mani\u00e8re du brai, r\u00e9sidu p\u00e2teux du raffinage du p\u00e9trole ou de la distillation d’autres mati\u00e8res organiques, tr\u00e8s riche en carbone (90% contre 45% pour les fibres de polyacrylonitrile).<\/p>\n

Un agent tensioactif<\/strong> est une mol\u00e9cule qui joue un r\u00f4le particulier dans l’interface de deux liquides (l’eau et l’huile par exemple), d’o\u00f9 son usage dans la production de d\u00e9tergents et de peintures. Un agent tensioactif a une structure mol\u00e9culaire compos\u00e9e d’une t\u00eate polaire ayant une grande affinit\u00e9 avec l’eau (hydrophile) et une queue ayant tendance \u00e0 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 fix\u00e9es, tandis que sa t\u00eate hydrophile tend \u00e0 d\u00e9tacher du tissu les taches de graisse.<\/p>\n

Le microscope \u00e0 force atomique<\/strong> est l’un des instruments qui a permis d’approcher l’\u00e9chelle nanom\u00e9trique. Le microscope dit \u00e0 effet de tunnel STM (Scanning Tunneling Microscope), appareil r\u00e9volutionnaire invent\u00e9 en 1981 par Heinrich Rohrer et Gerd Binnig du laboratoire de recherche IBM de R\u00fcschlikon (Zurich), permet de visualiser la repr\u00e9sentation topographique et m\u00eame des atomes isol\u00e9s de la surface des mat\u00e9riaux, par la mesure du courant qui passe entre cette surface et la pointe extr\u00eament fine du microscope. Les chercheurs d’IBM, r\u00e9compens\u00e9s en 1986 par le prix Nobel de physique, ne tard\u00e8rent pas \u00e0 mettre au point un dispositif encore plus performant, le microscope \u00e0 force atomique AFM (Atomic Force Microscope), qui permet d’observer la surface des mat\u00e9riaux non conducteurs d’\u00e9lectricit\u00e9 (cellules biologiques, plastique, c\u00e9ramique, verre) gr\u00e2ce \u00e0 un rayon laser qui analyse les vibrations des forces cr\u00e9\u00e9es entre la pointe du microscope et la surface des atomes.<\/p>\n

Buckminster Fuller (1895-1983)<\/strong>, ing\u00e9nieur am\u00e9ricain r\u00e9put\u00e9 pour ses travaux d’architecture avant-gardistes, a invent\u00e9 notamment, dans les ann\u00e9es 30, une \u00ab\u00a0machine \u00e0 habiter\u00a0\u00bb, le Dymaxion (pour dynamisme et maximum d’efficacit\u00e9), et la structure architecturale du D\u00f4me g\u00e9od\u00e9sique (forme de sph\u00e8re ou semi-sph\u00e8re utilisant des mat\u00e9riaux l\u00e9gers et modulaires, ordonn\u00e9s en facettes triangulaires standard ). Penseur utopiste, Fuller est l’auteur de tr\u00e8s 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 mol\u00e9cules de carbones (C60, C70, C76, C78, C84) d\u00e9couvertes d\u00e8s 1985 furent d\u00e9nomm\u00e9e \u00ab\u00a0fuller\u00e8nes\u00a0\u00bb en raison de la similarit\u00e9 de leurs structures avec celle du d\u00f4me g\u00e9od\u00e9sique de Fuller.<\/p>\n

Sumio Iijima<\/strong> est un chercheur japonais travaillant dans le d\u00e9partement Recherche & D\u00e9veloppement du groupe NEC (Nippon Electric Company). Effectuant en 1991 des recherches sur les conditions de synth\u00e8se de la mol\u00e9cule C60 au microscope \u00e9lectronique, il d\u00e9couvrit \u00ab\u00a0par pur hasard\u00a0\u00bb la structure des nanotubes de carbone. Dans sa repr\u00e9sentation en trois dimensions du monde atomique, le chercheur japonais dit s’inspirer grandement des structures en fibre de bambou de l’artisanat japonais traditionnel.<\/p>\n

Promenade parmi quelques structures de carbone<\/strong><\/p>\n

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Le graphite et sa structure en feuilles<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Le graphite est constitu\u00e9 de plans parall\u00e8les d’atomes distribu\u00e9s en hexagones r\u00e9guliers et accol\u00e9s les uns aux autres. Ces plans ne sont que faiblement li\u00e9s les uns aux autres, ce qui explique les propri\u00e9t\u00e9s lubrifiantes du graphite.<\/p>\n

Le diamant et sa structure \u00ab\u00a0parfaite\u00a0\u00bb<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Chaque atome de diamant est entour\u00e9 de quatre autres atomes, et se trouve donc au centre d’un t\u00e9tra\u00e8dre r\u00e9gulier dont les sommets sont occup\u00e9s par ses quatre plus proches voisins. Cet arrangement est tellement \u00ab\u00a0parfait\u00a0\u00bbque le diamant est l’un des mat\u00e9riaux les plus durs que l’on connaisse.<\/p>\n

Le fuller\u00e8ne C60 et sa structure en \u00ab\u00a0ballon de football\u00a0\u00bb<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

La mol\u00e9cule C60 \u00e0 structure en \u00ab\u00a0ballon de football\u00a0\u00bb, d\u00e9couverte en 1985, premier des fuller\u00e8nes, est compos\u00e9e d’hexagones et de pentagones d’atomes de carbones.<\/p>\n

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Le nanotube monocouche<\/p>\n

\"\"<\/div>\n

Le nanotube monocouche, compos\u00e9 uniquement d’hexagones, consiste en une feuille de graphite enroul\u00e9e, termin\u00e9 par une demi-sph\u00e8re de C60.<\/p>\n

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Nanotubes observ\u00e9s au microscope \u00e9lectronique<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Sur ces des deux images, de m\u00eame agrandissement, chaque ligne visible correspond \u00e0 une feuille de graphite. Cela permet de voir la diff\u00e9rence entre un tube monocouche (un cylindre unique), un tube multicouche (plusieurs cylindres embo\u00eet\u00e9s) et une structure apparent\u00e9e au C60 (sph\u00e9ro\u00efde).<\/p>\n

Pour en savoir plus sur la \u00ab\u00a0fibre id\u00e9ale\u00a0\u00bb<\/strong><\/p>\n

\u00ab\u00a0Fullerene Nanotubes: C1,000,000 and Beyond\u00a0\u00bb, par Boris I. Yakobson et Richard E. Smalley. In: American Scientist, Volume 85, juillet ao\u00fbt 1997.<\/p>\n

Science of fullerenes and carbon nanotubes. Par M.S. Dresselhaus et al. New York, Academic Press, 1996.<\/p>\n

Sur les nanotechnologies en g\u00e9n\u00e9ral<\/p>\n

\u00ab\u00a0Et le nanorobot cr\u00e9a le monde en six minutes…\u00a0\u00bb par Nicolas Henchoz. In: \u00ab\u00a0Le Temps strat\u00e9gique\u00a0\u00bb, Hors-S\u00e9rie, No 51, mars 1993.<\/p>\n

\u00ab\u00a0Nanotechnologies, l’immense espoir de l’infiniment petit\u00a0\u00bb, par Fabrice Delaye. In: \u00ab\u00a0Bilan\u00a0\u00bb, Lausanne, Nos 07-08 1997.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Les nanotubes de carbone\u00a0dix fois plus rigides que l’acier… Un mat\u00e9riau miracle qui ne verra peut-\u00eatre jamais le jour Par Andr\u00e9 Chatelain et Jean-Marc Bonnard Andr\u00e9 Chatelain, professeur de physique exp\u00e9rimentale \u00e0 l’\u00c9cole Polytechnique F\u00e9d\u00e9rale de Lausanne, poursuit des recherches dans le domaine de la mati\u00e8re condens\u00e9e, notamment sur les \u2026 Lire plus \/ Read more<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1300,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/214"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=214"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/214\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":216,"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/214\/revisions\/216"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/1300"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.archipress.org\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=214"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}