Partie 2 : Les Nanotechnologies

1)Définition:

     Les nanotechnologies sont des particules qui atteignent la taille du nanomètre soit 10^-9 mètres. Elles peuvent radicalement changer la société d’aujourd’hui et demain.

      Historique:

      Ces nanoparticules existent depuis des siècles sur la Terre. On les repère dans des phénomènes naturels (éruption, incendies, érosion…) et depuis le 19ème siècle dans des activités industrielles. Hormis notre Terre on les trouve aussi dans l’Univers par exemple dans des poussières de comètes.

      Aujourd’hui, elles existent dans l’industrie mais aussi dans les technologies innovantes (Apple qui a besoin d’éléments toujours plus petits pour plus de précision).

Univers

      Apport de nos jours:

      De nombreux domaines ont déjà recours à cette technologie telle que l’information qui l’utilise pour le papier, mais aussi les caractères toujours plus lisibles et qui n’hésitent pas à en vanter les mérites et avantages.

      Ces particules sont omniprésentes. On en décerne 10 à 20 millions dans seulement 100 nm de litre d’air. Celles-ci peuvent être utilisées dans de multiples secteurs comme dans la cosmétique, le textile mais aussi dans la médecine. Ces particules pourraient remplacer en totalité notre mode de vie et/ou l’améliorer.

      De plus, les nanotechnologies seraient un moyen de contribuer à un environnement plus sain et équilibré. Cependant ces nanoparticules n’ont pas que des apports bénéfiques et peuvent nuire au corps humain et peut-être à l’environnement. Leurs propriétés multiples restent encore inconnues.

      Ces particules sont parfois instables et peuvent se disperser dans l’air. Elles peuvent donc permettre de lutter contre la pollution ou d'en être la source.

      Ce qui est incroyable avec les nanotechnologies c’est que l’on pourrait obtenir un monde identique à celui qu’on connaît aujourd’hui ! Ces nouvelles particules visent à tout minimiser. De plus lorsqu'on diminue la taille d’un objet sa surface diminue moins vite que son volume.

      Ces technologies sont utilisées car elles développent de nouvelles propriétés chimiques ou électriques qu' un objet plus grand (exemple : quand on prend un train miniature et un train de taille normale les forces auxquelles il est soumis sont différentes). Ces propriétés physiques sont caractérisées comme esthétiques ce qui permet d’en déduire que le nanomonde peut être utilisé dans le textile.

      Parfois la taille nanométrique de certains objets produisent des effets étranges. Les scientifiques les exploitent afin d’en ressortir des propriétés étonnantes. On peut alors obtenir des formes d’objets beaucoup plus variées et fiables.

      Outils nécessaire:

      Pour obtenir ces nanotechnologies, l’Homme doit savoir les manipuler et les observer à un diamètre à l’ordre du nanomètre. Pour cela différents microscopes sont utilisés :

      - Le microscope à sonde locale : outil composé d’une pointe très fine qui dresse une cartographie complète de la matière,

      - Le microscope à effet tunnel : Outil qui permet de déplacer un atome unique : une révolution pour la science qui peut alors modéliser la matière selon leur bon vouloir. Il permet d’étudier les différentes variations du courant d’électrons.

   - D’autres microscopes existent permettant de lister les différentes interactions (atomiques, électrostatiques et magnétiques) et les propriétés (physiques et chimiques).

      Ces outils sont essentiels pour façonner la matière car il nous renseignent sur les caractéristiques de l’objet et comment les manipuler. Pour les étudier les scientifiques utilisent d’autres outils tels que :

      - Pince optique qui permet de mesurer les forces qui sont exercées.

      - Des installations à grande échelle comme les Synchrotrons qui permettent d’étudier les caractéristiques des électrons présents dans les atomes.

     Le microscope à sonde locale

      Recherche de propriétés:

      Le nanomonde résulte de propriétés très complexes. Pour y résoudre les scientifiques ont décidé de simplifier les nanotechnologies. Grâce à des programmes informatiques l’Homme cherche à simuler des expériences tout en observant l’effet des propriétés sur les nanotechnologies.

      De plus, les scientifiques procèdent parfois à des mélanges entre nanoparticules afin que l’objet récupère les propriétés recherchées.

      Les chercheurs travaillent à l’aide de microscopes. Cependant on distingue trois types de méthodes de travail :

      - par physique qui consiste à obtenir un objet par des réactions nucléaires provoquées ou spontanées, ou alors par la libération d’énergie ou de rayonnements électromagnétiques gamma.

      - par chimie correspondant à l’état liquide ou gazeux d’un objet permettant ainsi de contrôler par des contraintes précises (température, changement d’état, milieu approprié…) le nanomonde.

      - et enfin par la mécanique consistant à mélanger différents matériaux afin de les homogénéiser (synonyme d’une association de propriétés différentes.

      Dans le textile:

      Les Nanotechnologies dans le domaine du textile sont utilisées dans deux sujets différents :

      - La voie ascendante consiste à partir avec des atomes afin d’en créer des objets en les assemblant. Cette méthode est très efficace car elle permet aux scientifiques de choisir précisément quels atomes utilisés pour en obtenir seulement les propriétés souhaitées.

      - La voie descendante qui demande seulement de partir avec un objet et de le miniaturiser tout en conservant sa fonction et en y ajoutant des propriétés plus intéressantes.

2) Applications:

      Dans certains domaines:

      Ces nanotechnologies pourraient servir dans la vie quotidienne que ce soit :

      - Dans la vie sportive: il y a la création de textiles totalement imperméables. Ils ont la propriété de super hydrophobie. Un matériau est jugé comme super hydrophobe lorsqu'il est très difficile de le mouiller ce qui permettrait de protéger les sportifs lors de leur activité. (ex : Un insecte aquatique très connu met également à profit ce phénomène : le gerris qui est composé de milliers de poils ne pouvant se mouiller). Certains vêtements ont aussi des caractéristiques permettant d’augmenter l’adrénaline de l’individu. Mais aussi certains vêtements sont bourrés de capteurs qui permettent de mesurer plusieurs informations comme le pou, la respiration… Des vêtements permettent aussi de réguler sa chaleur avec des vêtements chauffants ou raffraichissants.

      - Dans la vie professionnelle: une personne (notre professeur d' SVT) nous a expliqués que certains pompiers utilisaient les nanotechnologies pour se protéger. En effet, elles permettent de savoir où se trouve le pompier et dans quelle position il se tient. Cela permet entre guillemets de savoir si ce dernier est en danger ou pas. Il faut aussi savoir que l’origine de la fluorescence tient des nanotechnologies, ce qui en fait des objets faciles à transporter pour assurer notre sécurité.

      Ces exemples ne sont qu’une infime partie du monde nano car celles-ci pourraient être appliquées dans tous les domaines de la vie en société !

               Batonnets fluorescents

      Dans des buts précis:

      Afin de lutter contre la pollution dans le monde, on utilise des filtres afin d’éviter dans l’habillement que des fibres de textiles soient dangereuses pour l’organisme. Pour cela des capteurs ont été créés et permettent alors de séparer les particules dangereuses. Exemple de l’hydrogène gazeux, ce combustible explosif est alors capté par des nanofils de pallodium.

      L’ADN permet alors par l’intermédiaire de nanotechnologies de capter des particules dangereuses même à faible concentration. Dans le domaine du textile ces innovations permettent d’avoir des vêtements conformes aux normes.

   Une caractéristique des nanotechnologies est la couleur des nanocristaux. Ces particules sont très précieuses car elles permettent une nouvelle fois de bouleverser le nanomonde. Celles-ci émettent une fluorescence qui permet de commander la couleur du vêtement que l’on veut porter.

      Cet effet pourrait être une explosion pour le marché de l’habillement. Cependant ces manipulations n’en sont encore qu’au stade d'essais. L’habillement se simplifie et répond aux besoins du client.

   Ces nanotextiles auraient des effets de types antibactériens et anti-odeur qui contribueraient une nouvelle fois à une vie plus saine et plus équilibrée. Mais on les désigne aussi comme ayant des effets hydrophobes, lipophobes et autonettoyants. Notre vie serait alors simplifiée et le risque de maladies diminuerait.

   Les scientifiques pensent aussi que la présence dans les vêtements de ces nanoparticules permettrait de se protéger de certaines maladies dues l’environnement. L’exemple des nanotubes de carbone dans lesquels on obtiendrait des minuscules ballons regroupant 60 atomes de carbone. En 1991 on découvre que ces atomes peuvent prendre d’autres formes insolites comme sous forme de tubes. Ces structures plus solides que de l’acier et plus légères pourraient servir à créer des fils électriques : encore une révolution du monde nano.

                               

                

Nanotube de carbonne sous deux représetations

C) Les enjeux, avantages, inconvénients:

      1) Avantages:

      - Les nanotechnologies permettent de passer d'éléments majoritairement au micromètre à des éléments beaucoup plus petits de la taille du nanomètre.

      - Elles peuvent avoir de nombreuses fonctions comme surveiller des personnes à distance pour savoir où elles se trouvent ou encore  enregistrer des données comme le pouls, pour les sportifs.

      - Elles permettent d'améliorer le niveau de santé mais aussi le niveau de sécurité et de protection.

      - Les nanotechnologies vont provoquer un boom industriel.En effet, cette technique occupe une place de plus en plus importante dans l'industrie.

      - Les nanotechnologies sont un moyen de relancer la filière du textile. En effet, cette filière connait un véritable essor dû au début de l'utilisation de cette technique dans les différents textiles.

      - Grâce à leur taille, elles peuvent être transportées très facilement et ne gênent pas lorsqu'elles sont attachées aux textiles.

      - Elles permettent de résoudre beaucoup de problèmes de notre monde.

2) Inconvénients:  

      A) Coût élevé:

      - Ces dernières peuvent couter très cher. Le cout encore élevé des matériaux de bases et le faible rendement .

      - Leur coût de production est nettement supérieur à ceux des matériaux traditionnels du moins pour le moment.

      B) Dangerosité encore inconnue:

      - A cause de leur taille, elles peuvent facilement pénétrer dans le corps humain si elles se détachent du textile. Elles peuvent rentrer par la peau ou les voies respiratoires. A cause de cela, l'homme est exposé au danger. En plus, certaines peuvent passer à travers les barrières naturelles du cerveau tout comme elles peuvent atteindre la zone placentaire chez la femme enceinte.

      - Elles peuvent avoir des effets cancérigènes, cardiovasculaires ou encore respiratoires qui sont encore inconnus pour l'homme.

      3) Enjeux:

      - Améliorer les prix pour que tout le monde puisse y accéder.

      - Généraliser l'utilisation des nanotechnologies dans d'autres domaines que le textile comme l’électronique, l’aéronautique, la défense, l’environnement ou les matériaux de construction par exemple.

      - Tenir compte des risques des nanotechnologies et essayer de les diminuer.

      - Dans le futur, elles pourront permettent à l'homme de contrôler la matière au niveau de l'atome.