les nanotechnologies

Nanotechnologies : les chimistes au cœur des dernières avancées

Dossier : La ChimieMagazine N°749 Novembre 2019
Par Sophie CARENCO (2004)

Domaine prioritaire dans la R & D des pays industrialisés, les nanotechnologies seront à l’horizon 2030 essentielles aux ingénieurs pour faire face aux crises environnementales, à la raréfaction de matières premières stratégiques et à la demande croissante d’énergie.
Les chimistes y jouent un rôle de premier plan.

Les avancées scientifiques récentes cachent en fait une maîtrise ancienne et fine des nanomatériaux. Les artisans verriers de l’Antiquité fabriquaient empiriquement des grains nanométriques en alliage d’or et d’étain, la pourpre de Cassius, pour colorer les émaux. En 1857, Michael Faraday décrivait deux procédés rationnels produisant des « particules excessivement petites qui, en diffusant, produisent une belle solution rubis » – autrement dit, des nanoparticules d’or. Au siècle suivant, les nanoparticules métalliques sont fabriquées par dépôt sur des supports oxydes (silice, cérine, dioxyde de titane, etc.) pour catalyser les réactions majeures de l’industrie chimique. Le procédé Haber-Bosch, catalysé au fer, est utilisé par BASF dès 1913 : il fixe l’azote atmosphérique pour produire l’ammoniac, molécule de base pour la synthèse des engrais azotés essentiels à l’agriculture. Le procédé Fischer-Tropsch, catalysé au cobalt ou au fer, fournit des hydrocarbures de synthèse à partir des gaz de combustion de la biomasse : il joue un rôle stratégique lors de la Seconde Guerre mondiale et connaît un second souffle avec l’épuisement programmé des gisements pétrolifères.

 


REPÈRES

C’est à la fois par les hauts faits de la science et par la culture populaire que le grand public a fait connaissance avec le nanomonde. Dans les années 90, alors que les chercheurs d’IBM manipulaient un à un des atomes de xénon à l’aide d’un microscope à effet tunnel, Eric Drexler enrichissait en 1986 la science-fiction d’un scénario apocalyptique supplémentaire : nous finirions tous en « gelée grise », mâchés par des nanorobots autoréplicatifs et écophages. Aujourd’hui plusieurs milliers de produits grand public contiennent au moins un nanomatériau, dans des secteurs variés : cosmétiques, textile, construction, médical, agroalimentaire, automobile, etc.


 

Et la nanotechnologie fut

Le mot « nanotechnologie » n’apparaît qu’en 1974, à l’aube d’un engouement pour les nanomachines, des architectures moléculaires dessinées pour effectuer des mouvements simples : rotation ou flexion par exemple. Si leur complexité reste triviale par rapport à celle des moteurs moléculaires à l’œuvre dans nos cellules (ribosomes, ARN polymérase…), ces curieux objets initient une approche ludique des nanosciences, illustrée récemment par la NanoCar Race organisée par une équipe du CNRS, et donnent en France deux prix Nobel en chimie (Jean-Marie Lehn en 1987, puis Jean-Pierre Sauvage en 2016).

Aujourd’hui, la recherche en nanotechnologies fait appel à toutes les disciplines connexes : synthèse organique et polymères, chimie des matériaux, physique du solide et physique quantique, biologie cellulaire, etc. Elle se traduit par de nouvelles classes de matériaux : les nanocomposites, que l’on retrouve dans de nombreuses applications high-tech (de l’équipement du sportif jusqu’à l’aéronautique), les capteurs et les luminophores quantiques, comme les quantum dots qui équipent les écrans plats de dernière génération et révolutionnent le marquage cellulaire et la détection de molécules uniques, les technologies de remédiation environ­nementale (piégeage et conversion de CO2, catalyseurs pour les bioraffineries, pots catalytiques qui équipent toutes les voitures modernes) ou encore les dispositifs de captation et de stockage de l’énergie (panneaux solaires, batteries au lithium, piles à combustible).

Nanotechnologie, alimentaire et médecine

Dans un contexte de vigilance du consommateur vis-à-vis de son alimentation, le secteur agroalimentaire est particulièrement débattu en ce moment, et pâtit de quelques caricatures qui brouillent le débat : par exemple, « c’est petit donc c’est dangereux ». La situation est évidemment plus complexe : la caséine est une protéine majeure du lait, qui se présente sous la forme d’une micelle nanométrique. Les toxicologues sont aujourd’hui fortement impliqués dans l’étude des nanoparticules par les voies d’exposition connues (aérienne, cutanée, etc.) et travaillent avec les chimistes parfois dès le développement de nouveaux nanomatériaux.

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