Qu’est-ce que la nanotechnologie ?

La nanotechnologie est une nouvelle science qui changera de plus en plus notre monde à l’avenir. Les produits nanotechnologiques sont déjà en train de conquérir notre vie quotidienne, de sorte que ce domaine ouvre des perspectives d’avenir très intéressantes pour les étudiants.

De la théorie à la pratique : une grande épopée

Aujourd’hui, les nouvelles technologies permettent de générer des structures à l’échelle nanométrique (1 nm = 10-9 m). Tout comme les briques Lego peuvent toujours être utilisées pour créer de nouvelles structures, les nanoscientifiques utilisent des briques de quelques nanomètres pour créer de nouveaux matériaux et systèmes aux propriétés fascinantes. De nouveaux microscopes tels que le microscope à force atomique permettent une imagerie simple et directe des processus atomiques ainsi que la détermination des propriétés (mécaniques, magnétiques, électriques…) à une échelle très locale. La manipulation d’objets extrêmement petits à l’échelle micro/nanométrique est également devenue possible aujourd’hui.

Technologies à l’échelle du nanomètre

La nanotechnologie comprend la production, la caractérisation et la modélisation ciblées de matériaux et de systèmes à l’échelle micro et nanométrique. Les sujets importants sont les nanomatériaux, les nanocomposites, les nanoparticules, les nanocouches, la microélectronique, la microproduction (MEMS, appareils NEMS), la nanoanalytique, la structuration de surface et la bionanotechnologie. Les applications quotidiennes de la nanotechnologie sont déjà les surfaces et les revêtements autonettoyants, les nanoparticules dans les crèmes solaires et les peintures automobiles, les nouveaux matériaux composites à haute résistance ou les couches magnétiques extrêmement minces qui utilisent l’effet GMR (prix Nobel 2007 pour Peter Grünberg) et ont déjà été utilisés dans tous les disques durs.
La nanotechnologie est également particulièrement importante pour la technologie énergétique, pour le développement de nouvelles cellules solaires encore plus efficaces et pour le développement de la technologie de l’hydrogène, y compris les piles à combustible.

Définition des Nanosciences

La nanotechnologie est la science, le génie et la technologie à l’échelle nanométrique, qui est d’environ 1 à 100 nanomètres.

Les nanosciences et la nanotechnologie sont l’étude et l’application de choses extrêmement petites et peuvent être utilisées dans tous les autres domaines scientifiques, comme la chimie, la biologie, la physique, la science des matériaux et le génie.

Les idées et les concepts qui sous-tendent la nanoscience et la nanotechnologie ont commencé par une conférence intitulée “There’s Plenty of Room at the Bottom”, donnée par le physicien Richard Feynman lors d’une réunion de l’American Physical Society au California Institute of Technology (CalTech), le 29 décembre 1959, bien avant que le terme nanotechnologie soit utilisé. Dans son exposé, Feynman a décrit un processus par lequel les scientifiques seraient en mesure de manipuler et de contrôler des atomes et des molécules individuels. Plus d’une décennie plus tard, dans ses explorations de l’usinage de haute précision, le professeur Norio Taniguchi a inventé le terme nanotechnologie. Ce n’est qu’en 1981, avec le développement du microscope à effet tunnel à balayage qui permettait de “voir” des atomes individuels, que la nanotechnologie moderne a commencé.

Concept fondamental de la nanoscience

Il est difficile d’imaginer à quel point la nanotechnologie est petite. Un nanomètre est un milliardième de mètre, ou 10-9 d’un mètre. Voici quelques exemples illustratifs :

  • Il y a 25,400,000 nanomètres dans un pouce
  • Une feuille de papier journal a environ 100 000 nanomètres d’épaisseur.
  • A une échelle comparative, si un marbre était un nanomètre, alors un mètre correspondrait à la taille de la Terre.

La nanoscience et la nanotechnologie impliquent la capacité de voir et de contrôler des atomes et des molécules individuels. Tout sur Terre est composé d’atomes – la nourriture que nous mangeons, les vêtements que nous portons, les bâtiments et les maisons dans lesquels nous vivons, et notre propre corps.

Mais quelque chose d’aussi petit qu’un atome est impossible à voir à l’œil nu. En fait, il est impossible de voir avec les microscopes habituellement utilisés dans les cours de sciences au secondaire. Les microscopes nécessaires pour voir les choses à l’échelle nanométrique ont été inventés relativement récemment, il y a environ 30 ans.

Une fois que les scientifiques ont eu les bons outils, tels que le microscope à effet tunnel à balayage (STM) et le microscope à force atomique (AFM), l’ère de la nanotechnologie est née.

Bien que les nanosciences et les nanotechnologies modernes soient tout à fait nouvelles, les matériaux à l’échelle nanométrique ont été utilisés pendant des siècles. Des particules d’or et d’argent de tailles différentes ont créé des couleurs dans les vitraux des églises médiévales il y a des centaines d’années. Les artistes de l’époque ne savaient tout simplement pas que le processus qu’ils utilisaient pour créer ces magnifiques œuvres d’art entraînait des changements dans la composition des matériaux qu’ils utilisaient.

Les scientifiques et les ingénieurs d’aujourd’hui trouvent une grande variété de façons de fabriquer délibérément des matériaux à l’échelle nanométrique afin de tirer parti de leurs propriétés améliorées telles qu’une plus grande résistance, un poids plus léger, un contrôle accru du spectre lumineux et une plus grande réactivité chimique que leurs équivalents à plus grande échelle.