Des tubes minuscules au potentiel gigantesque

Nanotubes

Le chercheur japonais Sumio Iijima déclencha en 1991 une révolution dans le secteur des matériaux en découvrant les nanotubes de carbone. Ces édifices moléculaires ultrafins et aux propriétés conductrices exceptionnelles venaient s'ajouter aux trois formes allotropiques du carbone connues jusque-là, à savoir le diamant, le graphite et les sphéroïdes creux appelés fullerènes.

Iijimia et son équipe démontrèrent que les nanotubes de carbone n'étaient pas seulement la quatrième forme du carbone à l'état pur : ultrasouples et 1000 fois meilleurs conducteurs que le cuivre, ils devenaient aussi la substance la plus dure jamais observée. Leur découverte inaugurait un domaine de la recherche aux applications innombrables.

Brevetée par la NEC Corporation, l'invention de Iijima lui a valu le Prix de l'inventeur européen en 2015 dans la catégorie "Pays non européens". Le nanomatériau a déjà les faveurs du marché, puisqu'il est fabriqué par non moins de 100 sociétés à travers le monde. Le chiffre d'affaires généré par le secteur a été de 552,3 millions d'euros en 2010 et devrait atteindre 912,6 millions d'euros d'ici 2016.

Vous pouvez découvrir ici quelques applications parmi les plus prometteuses de ces tubes minuscules au potentiel gigantesque.

Des nano-électrodes aux confins du cerveau

Des neurologues de l'université Rice de Houston au Texas ont mis au point une alternative aux électrodes métalliques classiques utilisées en stimulation cérébrale profonde. Grâce à la conductivité exceptionnelle des nanotubes de carbone, la nouvelle génération de nano-électrodes réalise l'exploit, non seulement d'acheminer l'impulsion électrique dans les replis du cerveau, mais également de transmettre la "réponse" émanant des neurones.

En effet, alors que les électrodes classiques ne conduisent l'électricité que dans un sens, les nouvelles électrodes "bidirectionnelles" fournissent, en temps réel, des éléments diagnostiques précieux relatifs aux couches profondes du cerveau. De surcroît, l'extrême souplesse liée à leur nanostructure réduit la prévalence des infections susceptibles de faire échouer les traitements par stimulation cérébrale profonde.

Des toiles d'araignée dures comme de l'acier grâce aux nanotubes de carbone

Spiderman n'aurait pas fait mieux que ces chercheurs à l'université de Trente en Italie, qui se sont servi de nanotubes de carbone pour créer des soies ultrarésistantes en conférant aux fibres protéiniques filées par les araignées Pholcidae une solidité trois fois supérieure à celle de leurs toiles naturelles.

Nanotubes; picture licensed by Csiro, http://www.scienceimage.csiro.au

Des tests réalisés par le magazine MIT Technology Review ont montré que la résistance au déchirement de la super-soie dépasse celle du Kevlar, qui est le matériau dans lequel on fabrique les gilets pare-balles.

La méthode utilisée par les scientifiques italiens pour doper leurs araignées est pour le moins étonnante, celles-ci étant tout bonnement aspergées avec de l'eau renfermant des nanotubes de carbone et des particules de graphène ultradures. Le mode d'action reste à élucider, mais des applications futuristes sont d'ores et déjà envisagées, tel un "superfilet" qui permettrait de rattraper in extremis des avions qui sont sur le point de s'écraser.

Des piles origamiques de l'épaisseur du papier

Finies les piles qui s'usent en un rien de temps : des chercheurs de l'Arizona State University ont mis au point un accumulateur en cellulose, principal constituant du papier. Recouvert de nanotubes de carbone hautement conducteurs sur une épaisseur de 0,33 millimètre, l'accumulateur aux ions lithium associe les caractéristiques d'une pile longue durée et d'un supercondensateur. Il reste chargé bien plus longtemps que les accumulateurs et les piles classiques.

Détail singulier : la pile en papier voit sa densité de charge multipliée par 14 si elle est pliée selon une technique appelée "Miura", du nom de l'astrophysicien Koryo Miura qui inventa une méthode de pliage des panneaux solaires pour l'industrie spatiale. La sortie de crise pour l'industrie des piles et des accumulateurs électriques pourraient bien venir des nanotubes de carbones ... et de l'origami.

Micropuces et nano-encre

Sumio Iijima

Les micropuces seront peut-être un jour estampées à la main. Des chercheurs de L'université Tsinghua à Pékin ont trouvé le moyen de dessiner des circuits imprimés complexes par le truchement d'un stylo et d'une encre aux nanotubes de carbone. Moins onéreux que bien des matériaux utilisés dans l'industrie des semiconducteurs, les nanotubes de carbones ont en plus l'avantage d'être hautement conducteurs et de pouvoir être appliqués en couches multiples.

L'encre des chercheurs chinois fait appel aux nanotubes de carbone et à un polymère visqueux, l'oxyde de polyéthylène (PEO). Par sa structure chimique, le PEO est assez solide pour supporter la gravure, au stylo, de motifs pouvant aller jusqu'à 50 centimètres. La conductivité du matériau augmente par ailleurs de 30% quand il est replié 1000 fois, propriété qui pourrait servir de rampe de lancement à une nouvelle génération de micropuces extensibles.

Des pièces d'avions fusionnées à l'aide de nanotubes de carbone

Les nanotechnologies trouvent des applications dans le traitement à grande échelle des matériaux composites, par exemple dans la fabrication des pièces d'avions. À l'heure actuelle, les polymères thermosensibles sont fusionnés au niveau des ailes et du fuselage par passage dans des fours géants, mais des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Boston ont proposé une méthode moins drastique et moins dispendieuse en énergie.

Le procédé consiste à envelopper les pièces d'une pellicule de nanotubes de carbone de 400 micromètres de longueur. Soumise à une charge électrique, cette pellicule diffuse une chaleur uniforme qui provoque le durcissement des polymères couramment utilisés dans la construction aéronautique. Le nanorevêtement thermogène est infiniment plus efficace que les fours industriels puisqu'en divisant la facture énergétique par 1000, il diminue de moitié les coûts de production : de quoi intéresser un marché toujours à l'affût de la moindre étincelle de compétitivité.

Quick Navigation