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Les nanotechnologies 0

Matériaux aux propriétés encore inconnues voilà quelques années, ordinateurs toujours plus petits, toujours plus puissants, applications dans tous les domaines de la vie courante, c’est la révolution invisible de ces nouveaux matériaux à la dimension du milliardième de mètre (mille fois plus petits qu’un millimètre). La miniaturisation des dispositifs électroniques a rendu cet environnement de plus en plus sensible, de plus en plus interactif. Capables de manipuler la matière au niveau de l’infiniment petit, les nanotechnologies vont améliorer notre quotidien de manière plus efficace, en même temps que plus confortable. Elles sont les clefs de l’avenir parce qu’elles ne concernent pas un seul type d’application, elles vont toucher tous les domaines de notre vie.

Le microscope à effet tunnel

Il y a trente ans un nouveau microscope révolutionnait le monde scientifique. Il nous faisait entrer dans une dimension encore jamais explorée, la dimension des nano-objets, le monde invisible des atomes et des molécules. Le microscope à effet tunnel – en anglais, scanning tunneling microscope (STM) –, fut inventé en 1981 par des chercheurs d’IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent pour cela le prix Nobel de physique, en 1986. C’est un microscope à champ proche qui utilise un phénomène de la mécanique quantique, l’effet tunnel. Ce microscope explore les surfaces comme un aveugle lit une page en braille. Il utilise une sonde dont la pointe est constituée d’un atome unique. Lorsqu’elle s’approche à quelques nanomètres de l’échantillon, un échange d’électrons se produit avec l’atome le plus proche : c’est l’effet tunnel ! En maintenant ce courant à une valeur constante, la sonde suit, atome par atome, le relief de la surface explorée. Des programmes informatiques convertissent ces données en images. Avec ce microscope on a pu, pour la première fois, voir des atomes et des molécules, et cela a complètement révolutionné la connaissance qu’on en avait. Mais ce microscope réservait une autre surprise : lorsque la pointe s’approche encore plus près de la surface, les échanges de courant s’intensifient. Les chercheurs ont découvert qu’en utilisant cette énergie ils pouvaient déplacer les atomes, un à un, et modifier, littéralement, la matière.

Les nanomatériaux

Certaines de ces applications sont déjà à l’œuvre parmi nous. Le verre par exemple, il a aujourd’hui quelque chose de plus qu’on ne remarque pas : de minuscules groupes de dioxyde de titane ont été déposés sur sa surface, et cet ajout le rend autonettoyant et auto-désinfectant à la lumière. C’est aujourd’hui le procédé le plus efficace pour rendre toutes sortes de surfaces autonettoyantes. Les plus de 15 000 baies vitrées, que compte l’aéroport de Tokyo, sont toutes autonettoyantes, toutes sont en verre Nano. De nombreux matériaux bénéficient aujourd’hui des fonctionnalités des nanoparticules. On retrouve le dioxyde de titane dans les toilettes publiques, sur les masques chirurgicaux, les panneaux anti bruit des autoroutes, les façades de nombreux immeubles. Certaines applications vont entraîner des modifications radicales dans l’architecture des villes. C’est le cas des nanotubes de carbone : lors de leur combustion les atomes de carbone sont assemblés en une structure hexagonale qu’on enroule sur elle-même pour former de minuscules cylindres. Leur diamètre peut être réduit à la dimension, incroyable, d’un  nanomètre, mille fois plus petit que l’épaisseur d’un cheveu. Mais c’est pourtant le matériau le plus solide qu’on ait jamais produit, cent fois plus résistant que l’acier, et six fois plus léger.

On est donc capable aujourd’hui de créer des matières nouvelles aux performances inégalées dans la nature.

La nano-électronique

Ces nanotubes de carbone se révèlent aussi de remarquables semi-conducteurs miniatures. Un laboratoire sud-coréen a élaboré une encre qui contient des nanotubes de carbone en suspension. Cette encre, utilisée dans une imprimante, va reproduire des circuits électroniques complets sur des supports comme du plastique ou du papier. Ces circuits électroniques, on les trouve dans nos passeports, dans nos systèmes de paiement d’autoroute, et ils servent à la gestion des stocks. Ils présentent l’avantage d’être communicants et localisables. Ils peuvent capter toute sorte de messages, de nature chimique, biologique, ou physique, comme des températures. Ces nanocapteurs peuvent être incorporés à notre téléphone portable ou même à nos vêtements. Les nanofibres vont permettre de remplacer toutes les piles électriques tout en procurant une autonomie de fonctionnement mille fois supérieure à ce qu’on connaît aujourd’hui. Grâce à ces nanosenseurs, il est possible de tout détecter : un départ d`incendie, une fuite de produits toxiques, mais aussi suivre la propagation d’un danger dans un système donné.

La nano-informatique

L’ordinateur existe depuis maintenant plus de 70 ans, son principe de fonctionnement c’est la résolution d’équations simples, effectuée par une cascade de transistors. C’est précisément la miniaturisation de ces transistors qui a révolutionné l’industrie de l’informatique. Tous les deux ans, et cela depuis plus d’un quart de siècle, le nombre de transistors intégrés dans une puce de silicium a été multiplié par deux. Malheureusement la taille minimale que puissent atteindre ces composants est de 20 nanomètres, car, en dessous de ce seuil, des phénomènes physiques viennent empêcher la bonne marche des transistors. Mais un nouveau nanomatériau va bientôt bouleverser cette limite, le graphène. C’est un nanotube de carbone déroulé, d’un atome d’épaisseur ! Ce nanotube peut conduire des courants électriques mille fois plus efficacement que le cuivre. Il va avantageusement remplacer le silicium actuel.

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