Extrait d’une publicité pour Pilkington Glass, la première vitre autonettoyante, aux propriétés spectaculaires : quelles que soient les conditions, la vitre








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date de publication20.11.2017
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Des nanos autour de nous
Extrait d’une publicité pour Pilkington Glass, la première vitre autonettoyante, aux propriétés spectaculaires : quelles que soient les conditions, la vitre reste impeccablement propre. Ceci n’est pas une publicité mensongère : cette vitre ne se salit jamais grâce à un revêtement de dioxyde de titane épais d’à peine quelques nanomètres. Un gadget pour ménagère ? Pas vraiment…

Lorsque l’on parle d’un nouveau matériau, il faut bien faire la distinction entre sa surface à l’extérieur et sa structure interne. Pour le moment, on ne sait qu’agir sur la surface du matériau, en agissant sur son revêtement. C’est la phase « un » des nanotechnologies pour ce qui est de la science des matériaux. Ce qui est déjà un exploit ! Démonstration avec un tissu totalement imperméable.

En fait ce tissu s’inspire de la feuille de lotus, dont la particularité est de rester toujours au sec. On ne fait ici qu’imiter maladroitement ce que la nature réussit de façon spectaculaire…

Mais on peut aller plus loin : lorsqu’on réduit la taille de ce qui compose un matériau jusqu’à l’échelle nano, les propriétés du matériau changent, deviennent différentes.

Par exemple, un métal très épais est composé d’amas de molécules assemblées en grains. On arrive aujourd’hui à réduire la taille de ces grains, jusqu’à une dizaine de nanomètres de diamètre. Et plus on réduit la taille de ces grains qui composent le métal, plus ce métal va être résistant.

On a donc un nouveau matériau merveilleux, aux propriétés exceptionnelles !

Un autre exemple concerne cette fois les fibres textiles : imaginez un tissu synthétique combinant deux propriétés antagonistes en étant à la fois solide et étirable… Pour réaliser cette prouesse, des chercheurs du MIT se sont inspirés d’une toile d’araignée. Au microscope on voit que chaque fil intègre des cristaux nanoscopiques. Ce sont eux qui donnent à la toile sa solidité, par la façon dont ils sont disposés et adhèrent au polymère.

Ça a l’air tout simple… Mais pour reproduire en laboratoire cette merveille de la nature, il a fallu des années de travail. Le nano composite créé combine finalement de petits disques d’argile mesurant environ 1 nanomètre d’épaisseur pour 25 nanomètres de diamètre, qui sont dispersés sur un polymère étirable.

Ça peut sembler trivial et dérisoire, mais avec certains textiles nano structurés, plus besoin de laver ou de repasser une chemise aussi souvent. Au final, on économise beaucoup de temps, et surtout beaucoup d’énergie. On utilise moins d’eau, moins de détergents, et du coup, il y a moins de déchets, et moins de pollution.

Mais allons encore plus loin, car ces fibres textiles peuvent aussi contenir des nano particules encapsulées qui seront relâchées, selon les besoins, à doses nanoscopiques parfaitement ajustées. On peut imaginer des vêtements qui vont diffuser directement des nutriments ou même des médicaments! L’industrie agro-alimentaire et les laboratoires pharmaceutiques suivent à loupe ces possibles débouchés...

Evidemment l’armée n’est pas la dernière à investir dans la recherche de ces nouveaux matériaux. On s’intéresse de très près aux ajouts que l’on pourrait faire aux uniformes classiques : des uniformes capables de détecter des produits chimiques ou bactériologiques, d’absorber l’énergie afin de diminuer l’impact d’une explosion ou encore de résister aux balles.

Et parmi les bataillons de nano objets dont disposent les militaires pour inventer les équipements high-tech les plus performants, les nanotubes de carbone sont en première ligne.

Ça fait plus de 15 ans qu’on a découvert les nanotubes de carbones, et pourtant on est encore loin d’avoir bien saisi tout leur potentiel. Imaginez : le nanotube peut être conducteur ou semi-conducteur, il est 6 fois plus léger que l’acier tout en étant presque 200 fois plus résistant, on peut le plier, ou l’enrouler en plusieurs « feuillets », ce qui change encore ses propriétés, et, puisqu’il est creux, il peut servir de récipient qu’on peut emplir d’un autre composé chimique… En bref, le nanotube possède d’incroyables propriétés chimiques, optiques, et électriques. Tout cela est extraordinaire, on n'avait jamais vu ça.

Les applications de ces nanotubes se profilent en médecine, dans l’aérospatial ou encore en électronique : dans ces domaines, la régularité de leur fabrication est la clef  pour rationaliser leur emploi et de tirer le meilleur parti de leurs caractéristiques, qu’il s’agisse de leur exceptionnelle conductivité, de leur forme creuse, ou de leur résistance.

Voici un exemple avec cette une pile étonnante qui ressemble à un simple morceau de papier noir. La prochaine étape sera de produire « la pile en papier » massivement et à faible coût, en l’imprimant grâce à des rotatives, comme les journaux quotidiens.

La pile à nanotubes, ultra légère, silencieuse et non polluante pourra dès lors, pourquoi pas, être idéale pour faire fonctionner les bateaux, les avions ou les voitures…

Stocker de l’énergie c’est bien, l’économiser, c’est encore mieux ! Voici les OLEDs qui vont bouleverser tous les types d’afficheurs, qu’il s’agisse d’un écran de télé, d’ordinateur, ou de téléphone…

Une idée lumineuse… mais comment ça marche exactement ? C’est bête comme choux. Ou plutôt comme cornichon. Petite incursion dans la physiologie du cornichon, et démonstration du principe de fabrication des OLED.

Bientôt, ces OLED pourront servir comme murs de lumière, ou encore rendre les vêtements lumineux, mais bon…

Peu importe les gadgets, l’intérêt principal est ailleurs : ce qui compte le plus, c’est que ces diodes coûtent moins cher à fabriquer et qu’elles fonctionnent avec beaucoup moins d’électricité que nos systèmes d’affichages lumineux actuels. Le résultat, c’est qu’en utilisant des OLED, on est gagnant sur tous les tableaux : on obtient des produits de meilleure qualité à plus bas coût tout en consommant moins !

À nouveau, économiser de l’énergie c’est bien, en produire c’est encore mieux : là aussi les nanotechnologies sont à l’œuvre avec ces cellules photovoltaïques qui se trouvent sur des films aussi fins que possible, d’une épaisseur d’à peine quelques nanomètres !

Les possibilités sont immenses, et touchent le monde entier. Ces cellules peuvent aussi bien fournir de l’énergie pour faire fonctionner la pompe d’un puits dans un pays en développement que pour alimenter n’importe quel équipement électronique, comme un ordinateur, ou un téléphone portable. Plus besoin de le brancher sur une prise : le téléphone se recharge grâce à la lumière ambiante, ou grâce au soleil.

Un des scénarios pour le futur, c’est que ces cellules photovoltaïques ne seront pas simplement posées sur les toits, mais seront un jour directement intégrés dans les matériaux de constructions eux-mêmes, à l’intérieur des tuiles sur le toit par exemple. Des villes comme des plantes, se nourrissant du soleil par photosynthèse… C’est un beau rêve, non ?

Autre prouesse fondamentale mais invisible : la fabrication de ces cellules photovoltaïques. Le travail à l’échelle nano repose sur l’auto assemblage. Le matériau n’est pas « fabriqué », au sens classique, mais s’assemble (presque) tout seul : on choisi puis on mélange deux ingrédients, qui vont s’auto assembler pour former un réseau nanométrique capable d’absorber l’énergie lumineuse et de séparer sa charge positive de sa charge négative. On choisi les ingrédients, et le reste se fait tout seul !

Et c’est là le point le plus important, le défi le plus grand pour les nanotechnologies dans les années qui viennent. L’auto assemblage. L’auto assemblage, c’est le Graal, pour tous les chercheurs qui travaillent dans les nanotechnologies.

Imaginez : si l’on voulait, aujourd’hui, fabriquer une simple feuille de papier machine atome par atome, avec les outils dont nous disposons, on mettrait 13 milliards d’années ! L’âge de l’univers, pour une simple feuille !

C’est inenvisageable, bien entendu. Ce qu’il nous faut, c’est l’auto assemblage.

Cela veut dire qu’il nous faut trouver une façon intelligente, comme le fait la biologie constamment, de mettre en route un processus qui ordonne aux molécules « organisez-vous! ». Les nanotechnologies sont un outil, pas une fin en soi. Et ce qu’on fait aujourd’hui est tellement primitif, comparé à ce que fait la nature. On est loin d’arriver à faire ce que fait la photosynthèse, qui permet à une plante de transformer la lumière venant du ciel en énergie avec tellement d’efficacité…

En réalité, plus on progresse grâce à la technologie, plus on admire la nature !

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