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Les mythes et la nanotechnologie - Par : Jaime Benavides,

Les mythes et la nanotechnologie


Jaime Benavides
Jaime Benavides Profil de l'auteur(e)
Jaime A Benavides est étudiant au doctorat au Département de génie électrique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur les solutions sol-gel, les nanomatériaux, l’impression 3D, l’optoélectronique et les dispositifs photovoltaïques.
Programme : Génie électrique 

RÉSUMÉ:

Du mythe à la réalité, la nanotechnologie reste pour un grand nombre de personnes un mystère. Cet article vous permettra de mieux comprendre cette technologie et de découvrir les différents travaux de recherche effectués à l’École de technologie supérieure (ÉTS) dans ce domaine.

De façon générale, les mythes fascinent les gens (et parfois même des sociétés entières). Lorsqu’une nouvelle technologie pouvant changer le monde est créée, elle donne souvent naissance à des mythes. Par exemple, la découverte du feu, la première technologie dont l’homme a disposé, a mené à la création du mythe de Prométhée. Selon ce mythe, un titan nommé Prométhée a volé le feu aux dieux et l’a offert en cadeau à l’humanité. Lorsque l’électricité a été découverte au 18e siècle, les gens ont cru qu’elle pouvait ressusciter les morts. De cette croyance est né le Frankenstein de Mary Shelley, un autre bon exemple de cette tendance.

Prometheus

Figure 1 – Prometheus

Plus tard en 1945, les avancées dans le domaine de l’armement nucléaire ont fait craindre que ces armes aient des problèmes de fonctionnement ou qu’elles tombent entre de mauvaises mains. Cette crainte a eu comme conséquence le foisonnement dans la fiction de superhéros et de supervilains tirant leur puissance du nucléaire. En effet, l’Araignée (Spiderman), le Dr Manhattan, les Quatre Fantastiques, Daredevil et Hulk ont tous acquis leurs super-pouvoirs par une exposition à la radiation (ou par une araignée exposée à la radiation).

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Tout comme pour le feu, l’électricité et le nucléaire, bien des choses ont été dites au sujet de la nanotechnologie puisqu’elle est l’un des piliers de la recherche moderne. L’un des mythes qui a le plus retenu l’attention est le scénario de la « gelée grise » né en 1986 dans un livre d’Eric Drexler, Engines of Creation. Dans ce livre, des nanorobots pouvant se reproduire par eux-mêmes de façon incontrôlable finissent par détruire la planète. Un concept similaire a été utilisé en 2000 dans le film G.I. Joe : Le Réveil du Cobra où des nanites sont utilisés comme arme pour détruire l’armée ennemie.

Nanotechnology

Figure 3 – Nanotechnologie

Dans le monde réel, la nanotechnologie ne crée pas de superhéros ou d’armes apocalyptiques (enfin… pas encore), mais a des applications dans plusieurs domaines parmi lesquels les plus connus sont : l’ingénierie, la chimie, la science des matériaux, la biologie, les communications, les sciences informatiques et la médecine. Elle contribue déjà à améliorer les centrales de production d’énergie, les procédés manufacturiers, les méthodes de purification de l’eau et la production de nourriture. En d’autres mots, cette technologie transforme petit à petit le monde dans lequel nous vivons.

La nanotechnologie est maintenant intégrée à certains produits commerciaux, principalement dans le domaine du sport, des applications de production d’énergie et des appareils électroniques. Certaines nanotechnologies en sont au stade de recherche et développement, tandis que d’autres ne sont encore que des concepts issus d’idées de scientifiques et d’étudiants au doctorat, qui prendront encore plusieurs années avant de devenir réalité.

À l’ÉTS, nous testons certains de ces nouveaux concepts de nanotechnologie. Plus précisément, notre travail met l’accent sur le développement et la synthèse de nanomatériaux hybrides pour les appareils optoélectroniques. Sylvain Cloutier Ph. D., titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et composants optoélectroniques hybrides et directeur de notre groupe de recherche l’explique ainsi : « Nous modifions des matériaux existants ou nous en créons de nouveaux pour améliorer des propriétés existantes ou pour en créer de nouvelles […] en partant de matériaux ou d’éléments de base que nous croyons connaître et en les transformant en un nouveau composant. »

Pour créer de nouveaux matériaux ou pour doter des matériaux existants de nouvelles propriétés, nous combinons les nanostructures avec des procédés chimiques ou physiques qui permettent d’obtenir les résultats visés à nanoéchelle. Qu’est-ce qui différencie les nanotechnologies des technologies traditionnelles? Les technologies traditionnelles utilisent un élément quelconque présent dans la nature et en exploitent les propriétés pour produire le résultat désiré. Si une modification de ces propriétés est souhaitable, deux choix s’offrent au chercheur : soit changer l’élément utilisé, soit incorporer d’autres éléments pour obtenir un mélange aux propriétés différentes. Lorsque les nanotechnologies sont utilisées, des éléments « artificiels » sont créés en combinant différents matériaux de façon à obtenir les propriétés désirées à très petite échelle tout en gardant le même matériau initial inchangé.

Prenons les points quantiques (QD), des nanoparticules impressionnantes fabriquées à partir de quelques atomes, qui peuvent générer de l’énergie à partir de la lumière du soleil ou transformer l’électricité en lumière. Même si ce concept n’est pas nouveau, il peut apporter de grandes améliorations lorsque combiné aux technologies existantes. Par exemple, il est possible de régler la couleur (longueur d’onde) émise par ces structures en jouant sur leur taille. Notre groupe de recherche utilise des points quantiques au sulfure de plomb pour améliorer les propriétés de la lumière émise par des diodes DEL infrarouges organiques.

Quantum dots

Figure 4 – Points quantiques

Nous fabriquons aussi des nanomatériaux de céramique par la méthode sol-gel. Cette voie de synthèse permet d’obtenir des films minces, des nanoparticules, des xérogels et des aérogels. Ses principaux avantages sont que toutes les réactions se produisent à la température de la pièce et que le matériau obtenu est très pur. Au laboratoire, nous utilisons cette méthode pour créer des nanoparticules de dioxyde de titane qui, lorsque combinées à des nanotubes de carbone (NTC) déjà soumis à une fonctionnalisation de surface, augmentent l’efficacité des photopiles.

Aerogel cube & Peter Tsou, JPL Scientist, Stardust Deputy Principal Investigator (NASA)

Figure 5 – Un cube d’aérogel et Peter Tsou, scientifique au JPL (NASA)

Des nanofibres de polymère peuvent être fabriquées au moyen de filage électrostatique et d’ionisation par électronébuliseur pour obtenir des revêtements autocicatrisants et des particules multiphasiques (par ex. de type Janus) pour les DEL de polymère. L’avantage principal du filage électrostatique et de ses dérivés est l’obtention de matériaux de la taille désirée. Par contre, jouer avec ces éléments de base peut mener à des résultats inattendus, comme la production de nanofibres de céramique lorsque la méthode sol gel et le filage électrostatique sont combinés.

Finalement, nous travaillons à la création de nouvelles architectures de cellules photovoltaïques solaires et de photodétecteurs par déplacement galvanique. Cette technique est fréquemment utilisée pour obtenir le dépôt d’une couche métallique d’épaisseur désirée à échelle nanométrique. En effet, ce procédé est économique et crée le type le plus commun de nanostructures sur un substrat oxydable. Les nanomatériaux nécessitent une approche totalement différente : certaines forces deviennent plus importantes que d’autres, par exemple la viscosité, la tension de surface et les forces de Van der Waals, tandis que d’autres, par exemple la gravité qui doit être prise en compte pour les procédés à grande échelle, sont moins importantes.

Pour le meilleur et pour le pire, les mythes aident à la popularisation des technologies et sont une source d’inspiration pour une génération d’ingénieurs et de chercheurs, leur permettant de se rapprocher de choses qui semblaient impossibles dans le passé. Afin d’y arriver, ils doivent unir leurs différentes connaissances. En effet, la nanotechnologie résulte de la convergence de plusieurs domaines : l’ingénierie, la physique, la chimie, la biologie, les statistiques, les mathématiques et même l’art.

Au-delà des idées fantastiques ou surréelles qu’elle apporte, la nanotechnologie est beaucoup plus qu’un mythe et influencera à l’avenir directement la vie des gens. Elle touchera peut-être aux services de base de la population et à ses besoins essentiels comme l’eau potable, les procédures médicales, la production d’énergie verte et économique et la communication entre régions éloignées. Ces besoins ne sont pas encore comblés dans de nombreux endroits sur Terre.

Indépendamment de ce que le futur nous réserve, la nanotechnologie jouera un rôle important.

Note de l’auteur : Cet article a été rédigé avec la collaboration de tous les membres du groupe de recherche du  Sylvain Cloutier : Dr Sylvain Cloutier Ph. D., Nelson Landry, François-Xavier Fortier, François-R. Moisan, Debika Banerjee, Ibtihel Chaabane, Charles Trudeau, Xiaohang Guo, Luis Felipe Gerlein, et Jaime A. Benavides-Guerrero

 

 

Jaime Benavides

Profil de l'auteur(e)

Jaime A Benavides est étudiant au doctorat au Département de génie électrique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur les solutions sol-gel, les nanomatériaux, l’impression 3D, l’optoélectronique et les dispositifs photovoltaïques.

Programme : Génie électrique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et composants optoélectroniques hybrides imprimés 

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