[image credits : Pixabay]

Qu’est ce que la nanotechnologie ?

---

1 Nanomètre (Nm) = 0,000 000 001 mètre (m) soit 1 nm = 10^-9m

---

[image credits: Wikipedia]

---

L’étude, la manipulation, ainsi que la fabrication de structures nanométriques sont appelées les nanosciences.

• La biologie
• La chimie
• La mécanique
• L’électronique

---

Observation de ce micro-univers

[image credits: Wikimedia]

Pour observer l’infiniment petit, un microscope standard ne suffit pas …

Le microscope à effet tunnel

Le principe : doté d’une pointe métallique extrêmement fine et terminée par quelques atomes, ce microscope est capable de survoler l’échantillon à quelques nanomètres de distance. Une tension électrique est ensuite appliquée entre la pointe et la surface à analyser.

Le microscope à force atomique

Le principe : quand la pointe est à proximité d’une surface, les forces d’interactions entre la pointe et l’échantillon entraînent une déviation du levier qui suit la loi de Hook.

La déformation du levier, qui est éclairé par un laser, est mesurée par une photo détectrice et enregistrée sur un ordinateur qui peut ainsi reconstituer une image 3D de la surface.

Ce microscope est très utile en complément au STM car il permet de visualiser la topologie de la surface d’un échantillon ne conduisant pas l’électricité, comme les molécules, les polymères et les systèmes biologiques.

Ces deux microscopes ont permis de développer de nouvelles techniques :

---

Les techniques ascendantes : elles consistent à assembler plusieurs particules qui n’existent pas à l’état naturel, pour former un objet de taille nanométrique.
On créé par empilement d'atomes ou de cellules, de nouveaux objets, qui seront inclus dans d'autres objets.
L’assemblage fait de manière précise permet de maîtriser totalement la structure de la matière.
La technique ascendante, est la plus prometteuse, mais n'en est encore qu'au stade expérimental contrairement à la voie descendante qui a déjà fait ses preuves dans l'industrie.

---

Les techniques descendantes : cela consiste à miniaturiser l’objet.
On découpe la matière pour arriver à des structures infiniment petites.
Cette approche conserve les différentes propriétés de l’objet initial. C'est une méthode qui est surtout utilisée en l’électronique où la miniaturisation est vitale.

Comprendre l’efficacité de la nanotechnologie

Lorsque l’on diminue la taille d’un matériau ses propriétés changent : il devient plus réactif.
Prenons par exemple un cube de 4 cm de côté.
Pour calculer l’aire d’un cube, il faut effectuer l’opération suivante :
6 multiplié par le carré de l'arête.

La formule est donc :
6 x (Arête)² = Aire d'un cube

[image credits: Wikimedia]

Le cube de gauche possède une arête de 4 cm, si on déploie ses 6 faces, on couvre une surface de 96 cm 2.

Maintenant, si on divise ce cube en 8 petit cubes de 2 cm de côté chacun (figure de droite) et que l’on réitère l’opération, on obtient une surface de 192 cm 2.

On s’aperçoit qu’avec le même volume de départ on couvre une surface 2 fois plus grande.

Si l’on renouvelle l’opération et que l’on divise chaque petit cube en 8, on double encore la surface de recouvrement soit 384 cm 2.

Ce qui est surprenant, c’est que si on continue l’opération jusqu’à obtenir des cubes de 100 nanomètre de côté, on couvrirait une surface de 192 000 m2, soit l’équivalent de plus de 26 terrains de football !!

Oui, 26 terrains de football dans un cube de 4 cm !

Applications

Voici quelques exemples

---

Des nanorobots pour éradiquer les tumeurs cancéreuses :

Une équipe de chercheurs américains et chinois ont programmés des nanorobots parfaitement autonomes mesurant 90 sur 60 nanomètres, capables de reconnaitre et de détruire des cellules cancéreuses, en seulement 48 heures.

Les nanorobots injectés par intraveineuse libèrent une enzyme nommée thrombine au niveau de l’ADN tumoral capable de coaguler le sang.

Les nanotubes de carbone

Les nanotubes de carbone (NTC) sont des structures incroyables. Elles possèdent des propriétés électroniques, magnétiques et mécaniques offrant un immense potentiel.
Ces nanotubes sont au moins 100 fois plus résistants que l'acier, mais seulement un sixième plus lourds. Les fibres nanotubes pourraient renforcer presque n'importe quel matériau et pourraient considérablement améliorer la vie quotidienne.

---

Les NTC possèdent aussi une énorme capacité à absorber de l’énergie mécanique.

Prenons un exemple reprenant le biomimétisme :

Actuellement la fibre ayant la meilleure capacité à absorber l’énergie mécanique, est une fibre naturelle : la soie d’araignée.

[image credits: Pixabay]

Le dioxyde de titane

Le dioxyde de titane plus communément appelé E171 est un colorant composé de microparticules et de nanoparticules, présent dans de nombreux produits alimentaires, comme les dentifrices, les bonbons, les biscuits etc…mais aussi dans plus de 4 000 médicaments.

Les nanoparticules présentes dans le dioxyde de titane aident les produits transformés à en modifier la couleur, l’odeur, ou encore la texture.

Les risques liés à l’utilisation des nanomatériaux :

Conclusion

Sources :

Cnrs
Culture et sciences
Universalis
Stm
Microscope à effet tunnel
Microscope atomique
Microscope atomique 2
Nanorobots
Techno Science
Dioxyde de titane

Pour aller plus loin :

Nanorobots
Santé
Nanotubes
Nanotubes 2
Danger Dioxyde de titane

---