Communiqué de presse | 21.4.2015
Munich/Tsukuba, le 21 avril 2015 - Des affichages pliants, des implants avec des capteurs surveillant le taux de sucre dans le sang, un ascenseur permettant de transporter des passagers dans l'espace... Tous ces éléments semblent sortir tout droit d'un film de science-fiction mais paraissent soudainement être à notre portée grâce à la découverte des nanotubes de carbone par Sumio Iijima. Cet allotrope de carbone inconnu jusqu'à présent pèse moitié moins que l'aluminium, est plus robuste que l'acier et offre une excellente conductivité électrique et thermique. Si les utilisations industrielles sont certes toujours à un stade précoce, les possibilités des nanotubes en carbone paraissent être sans fin : ils permettent de créer des ordinateurs plus rapides, des modules photovoltaïques plus efficaces ainsi que des voitures et des avions plus robustes. Sumio Iijima, Masako Yudasaka et Akira Koshio sont nommés parmi les finalistes du Prix de l'inventeur européen de l'année 2015 dans la catégorie Pays non européens pour la découverte et le développement d'un processus de production pour les nanotubes de carbone.
Lors de l'annonce des finalistes, Benoît Battistelli, Président de l'OEB, a déclaré : « Le travail de Sumio Iijima et de son équipe a ébranlé les bases de leur domaine .Les nanotubes de carbone sont la clé d'un progrès énorme dans tous les domaines technologiques. Seule une petite partie des utilisations possibles a été découverte. En dépit de leurs dimensions microscopiques, leur potentiel est gigantesque."
Découverte marquante d'un matériau
Les nanotubes de carbone sont de minuscules structures cylindriques composées d'atomes de carbone visibles uniquement grâce à des microscopes électroniques extrêmement puissants. Il s'agit du matériau le plus dur connu de l'homme, avec une conductivité qui surpasse 1000 fois celle du cuivre. Le physicien japonais Sumio Iijima, un spécialiste en recherche sur les nanoparticules chez NEC, les a découverts en 1991, au début de ses recherches sur les fullerènes. Connues également sous le nom de "buckminsterfullerènes", les molécules fullerènes ressemblent à un ballon de foot composé d'atomes de carbones avec une structure en nid d'abeille. Au cours de ses recherches, Iijima a découvert une nouvelle version de la molécule de carbone (allotrope) - les nanotubes de carbone. Ces tubes microscopiques ressemblent à la section du grillage d'une clôture, roulés ensembles pour former un cylindre. À ce moment-là, les scientifiques connaissaient uniquement trois formes de carbone pur : diamant, graphite et fullerène. Les nanotubes de carbone ont un petit diamètre qui peut varier de moins d'un nanomètre à plusieurs nanomètres tout en pouvant atteindre des longueurs de plusieurs millimètres. Iijima a découvert des nanotubes de carbone monoparoi et à parois multiples organisés de façon concentrique, avec différentes propriétés physiques. En fonction de leur structure, les tubes peuvent avoir un comportement électrique soit métallique soit semi-conducteur. Iijima a reçu de nombreux prix pour son travail : la médaille Benjamin Franklin en physique en 2002 ainsi que le Prix Balzan et le Prix Gregori Aminoff en 2007. Il a également obtenu le Prix Kavli en 2008.
Un parcours ardu pour atteindre la production
Sumio Iijima occupe un poste de professeur au sein de l'Université renommée de Meijo à Nagoya, est Senior Research Fellow au sein de l'entreprise japonaise NEC ainsi que Honorary AIST Fellow au sein du Japanese National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). Sous sa direction, Akira Koshio et Masako Yudasaka ont apporté leur collaboration pour développer une méthode afin de créer des nanotubes de carbone sans particules catalysatrices métalliques, qui sont toxiques pour les humains et qui contaminent également le matériau. Connu sous le nom de méthode plasma, cette méthode consiste à vaporiser des tiges de carbones dans du plasma chaud, ce qui crée des nanotubes de carbone à parois multiples très purs, avec des pointes tranchantes pouvant être utilisés pour la fabrication de systèmes d'affichage. Une production sans métal signifie que les nouvelles structures en carbone peuvent même être utilisées dans le domaine de la biomédecine.
Plus haut, plus vite, plus loin
Les utilisations industrielles des nanotubes de carbone sont certes limitées mais leurs propriétés physiques cachent un énorme potentiel. L'utilisation de nanotubes de carbone comme remplissage permet d'améliorer de façon significative de nombreux matériaux, tels que les polymères et les métaux. Les sociétés utilisent actuellement les nanotubes uniquement sous forme « libre », c'est-à-dire, en une masse de tubes non organisée, dans le but d'améliorer les propriétés thermiques et électriques d'autres matériaux. Les produits de ce type comprennent des clés USB sur lesquelles on peut réenregistrer des données plus de 10 millions de fois plus que sur des clés traditionnelles, ou des puces qui envoient des signaux électroniques 10 fois plus vite qu'avant. Des utilisations dans l'industrie automobile sont également possibles. Les nanotubes de carbone peuvent être intégrés dans des câbles légers afin de réduire le poids global des véhicules.
Il existe un autre produit innovant qui est la substance la plus noire sur terre : le Vantablack. Les nanotubes de carbone absorbent complètement la lumière, c'est pourquoi le Vantablack est adapté aux revêtements de surface pour l'intérieur des télescopes. La NASA, une organisation nécessitant de puissants télescopes pour ses recherches spatiales, mène actuellement des tests avec le Vantablack. D'autres concepts innovants impliquant l'utilisation de nanotubes de carbone sont envisageables, comme la création d'un ascenseur spatial qui transporterait des passagers et des marchandises dans une station spatiale ou l'utilisation de nanoparticules pour un transport efficace des médicaments dans les organes malades dans le domaine de la biomédecine.
La commercialisation des nanotubes de carbone en est toujours à ses prémices. Plus de cent sociétés produisent des nanotubes à travers le monde. Les capacités de production les plus élevées sont situées dans la région Asie-Pacifique, suivie par les États-Unis et l'Europe. Plus de 1 000 sociétés et institutions mènent déjà des recherches sur l'allotrope. En 2010, l'industrie a enregistré des recettes d'environ 552 millions d'euros, avec 526 millions d'euros générés uniquement par la production de nanotubes de carbone à parois multiples. Selon les estimations, les recettes globales du marché des nanotubes devraient passer à 913 millions d'euros d'ici à 2016.
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