Le document présente des notions fondamentales sur les micro- et nanotechnologies, notamment la définition et les propriétés des matériaux à l'échelle nanométrique. Il décrit les méthodes de fabrication des nanostructures et les nouvelles propriétés qui en résultent, ainsi que leurs applications dans divers domaines tels que la médecine et l'industrie. Enfin, il explore des exemples naturels illustrant les principes des nanotechnologies, comme l'effet lotus et l'adhésion des geckos.

1. Plate-forme éducative sur les micro- et nanotechnologies, pour les écoles
professionnelles, les écoles d'enseignement secondaire et les
établissements supérieurs spécialisés
Module de notions
fondamentales
Version complète
Swiss Nano-Cube
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 Saint-Gall
Tél. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch
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2. 1. «nano» c'est petit, mais à quel
point?
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3. La définition de nano
 Nano est un terme dérivé du grec (nanos = nain)
 1 nanomètre = 1/1‘000‘000e de mm ≈ 3 atomes d'or
100 m = 1,0 =1m (1 mètre)
10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimètre)
10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micron)
10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanomètre)
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4. La dimension nanométrique - Son ordre de
grandeur
Source: Fonds de l'Industrie Chimique FIC - Série de diapos
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5. La dimension nanométrique - Son ordre
de grandeur
Court-métrage classique de Charles et Ray Eames tourné en 1977
Source: http://www.powersof10.com/
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6. La dimension nanométrique - Son ordre
de grandeur
Site Web «Scale of the Universe»
Source: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/
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7. La dimension nanométrique - Rapports
dimensionnels
 Rapport Terre/ballon de foot = Rapport ballon de
foot/fullerène
Source: Université de Mayence Source: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp
Source: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.
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8. 2. Définitions
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9. En quoi consistent les
nanotechnologies?
Les nanotechnologies...
... incluent la recherche et le développement technique dans le domaine
compris entre 1 et 100 nanomètres (nm)
... génèrent des structures et se servent de structures qui en raison de leur
taille présentent des propriétés entièrement nouvelles
... reposent sur la faculté de contrôler et de manipuler à l'échelle de
l'atome
... synthétisent ces domaines classiques que sont la chimie, la physique et
la biologie
Source: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html
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10. Synthétiser des disciplines
Chimie physique
Sciences de la matière
Microélectronique/Mécatronique
Physique
Physique Chimie
Chimie
Nano-
technologies
Biophysique Biochimie
Biologie
Techniques médicales Pharmacie
Physique médicale Diagnostic
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11. Qu’est-ce qu’un nanomatériau ?
 Matériaux nanostructurés
(Structure interne ou structure superficielle à l'échelle nanométrique)
 Nano-objets
CEN ISO/TS 27687
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12. Exemples
Nanoparticule Nanotube de carbone à Cristal photonique
(oxyde de zinc) plusieurs parois
Couche Surface limite Puce (AMD K8)
Taille de la structure Aérogel
≤ 130 nm (corps solides d'une haute
porosité)
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13. 3. Fabrication
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14. D'où viennent les nanoparticules?
 Nanoparticules d'origine naturelle
− Éruptions volcaniques
− Feux de forêts
− Tempêtes de sable
 Nanoparticules engendrées par l'homme
− Tabagie
− Circulation (véhicules diesel)
− Industrie
 Fabrication industrielle de nanostructures
− Top-down (de haut en bas)
− Bottom-up (de bas en haut)
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15. Génération de nanostructures
de l'arbre
Top-down: «de haut en bas»
Génération de structures à l'échelle nanométrique par
rapetissement ou par usinage ultraprécis.
Procédés
Broyage de poudre avec des moulins à billes
 Procédés de gravure (photolithographie)
à la planche
 Structuration avec des faisceaux d'électrons ou d'ions
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16. Génération de nanostructures
de la plantule
Bottom-up «de bas en haut»
Formation, souvent auto-organisée (auto-assemblage),
de structures complexes composées d'atomes ou de
molécules individuel(le)s
Procédé:
 Procédé sol-gel
 Synthèse en phase gazeuse vers l'arbre
 Séparation chimique en phase gazeuse (chemical
vapor deposition, CVD)
 Séparation physique en phase gazeuse (physical
vaport deposition, PVD)
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17. 4. Pourquoi «nano»?
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18. Propriétés nouvelles
 Les nanomatériaux présentent de «nouvelles» propriétés.
 L'aluminium par exemple:
− La feuille d'aluminium est chimiquement très stable, donc très peu
réactive.
− Inversement, les nanoparticules d'aluminium brûlent de manière
explosive et s'utilisent comme carburant de fusée.
−
Source: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html
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19. Propriétés nouvelles
Verre doré de teinte rouge rubis au
Moyen-Âge
Pour fabriquer autrefois le verre doré de teinte rouge rubis, on rajoutait au
mélange de verre initial de la poudre d'or finement dispersée.
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20. Nano-effets
Nouvelles propriétés en tant qu'effets des nanotechnologies
 Propriétés liées aux dimensions (par exemple celles des nanocarriers
utilisés en médecine).
 Superhydrophobie (par exemple l'effet lotus)
 Haute surface spécifique: Réactivité accrue (par exemple le fer
pyrophore)
 Robustesse mécanique améliorée (par exemple les CNT)
 Propriétés électriques & thermiques modifiées (idem)
 Propriétés optiques modifiées (par exemple le nano-or, les cristaux
liquides)
 Superparamagnétisme (par exemple les ferrofluides)
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21. 5. L'univers «nano» au quotidien
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22. Les nanotechnologies dans les
produits grand public
TiO2 comme protection anti-UV: SiO2 comme additif pour
Nanoparticules dans les crèmes laques et peintures
solaires et les cosmétiques inrayables
Nano-argent (effet antimicrobien Nanotubes de carbone (CNT)
& inhibition des odeurs) intégrés dans un matériau cadre
pour accroître la robustesse
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23. Les nanotechnologies dans les
produits grand public
1 317 produits
(Mars 2011)
Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
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24. Les nanotechnologies dans les
produits grand public
565 produits
(Mars 2011)
Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
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25. Quiz du loft nanorama
www.swissnanocube.ch/nanorama
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26. 6. Domaines d'application
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27. Applications importantes
Énergie Produits de Automobile
consommation
Domaines
d'application
Informatique,
industrie électr. Industrie du
BTP
Chimie Médecine
Optique Environnement
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28. 7. L'univers nano dans la Nature
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29. Plus jamais sale
ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.
 «L'autonettoyage» des feuilles de
lotus repose sur la micro- et la
nanostructuration de leur surface.
 Les gouttes d'eau perlent dessus et
emportent des particules sales en
quittant la feuille.
 Microstructures incluant des
nanocristaux de cire à la
surface de la feuille
(microscope électronique à
balayage)
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30. Plus jamais sale
ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.
 Vidéo illustrant l'effet lotus
 Utilisation de cet effet par exemple dans les peintures pour façade
(Lotusan)
Source: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw
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31. Adhésion sans colle
ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.
 Les structures adhésives se composent de poils fins (env. 200
nm de diamètre)
 Les poils fins garantissent que le bout du doigt épouse de façon
optimale les irrégularités de toute surface support
 Ce sont les forces dites de Van der Waals qui assurent
l'adhérence; elles reposent sur des décalages de charge dans les
atomes.
Source: www.uni-saarland.de; photo : S. Gorb, Institut MPI de recherche sur les métaux, Stuttgart
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32. Adhésion sans colle
ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.
 Les geckos parviennent à adhérer contre pratiquement toutes les
surfaces.
 Et pour supprimer à nouveau le contact, ils «déroulent» leurs
doigts.
Source: www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Didaktik/Bionik.html
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