Sciences · Énergie et technologies
Les nanotechnologies
Les nanotechnologies portent sur des objets de 1 à 100 nanomètres, soit un milliardième de mètre. À cette échelle, la matière acquiert des propriétés nouvelles, utiles en électronique et en médecine.
Mis à jour le 3 min de lecture
Un nanomètre est mille fois plus petit qu’une bactérie et environ 50 000 à 100 000 fois plus fin qu’un cheveu. C’est l’échelle des molécules : une dizaine d'atomes alignés. En y travaillant, chimistes, physiciens et biologistes ont découvert que les matériaux changent de couleur, de résistance ou de réactivité. Les nanotechnologies sont déjà présentes dans les puces électroniques, les cosmétiques, les vêtements et les médicaments.
Quelques ordres de grandeur
| Objet | Taille approximative |
|---|---|
| atome d’hydrogène | 0,1 nm |
| double hélice d’ADN (diamètre) | 2 nm |
| motifs des puces électroniques récentes | de quelques nm à quelques dizaines de nm |
| virus de la grippe | environ 100 nm |
| bactérie | 1 000 à 5 000 nm |
| globule rouge | 7 000 nm |
| cheveu (épaisseur) | 50 000 à 100 000 nm |
Voir aussi les ordres de grandeur.
Pourquoi tout change à l’échelle nano ?
- La surface domine : plus une particule est petite, plus la proportion de ses atomes située en surface est grande. Elle devient beaucoup plus réactive, d’où l’intérêt des nanoparticules en catalyse (voir catalyseur).
- Les effets quantiques apparaissent : la couleur et les propriétés électriques dépendent de la taille. Des nanoparticules d’or paraissent rouges ou violettes ; les boîtes quantiques émettent une couleur différente selon leur diamètre (prix Nobel de chimie 2023).
- L’interaction avec le vivant change : les nanoparticules peuvent traverser certaines barrières biologiques, ce qui ouvre des perspectives médicales et soulève des questions de toxicité.
Une histoire en dates
| Date | Étape |
|---|---|
| IVe s. | la coupe de Lycurgue, verre romain contenant des nanoparticules d’or et d’argent, change de couleur selon l’éclairage |
| Moyen Âge | des nanoparticules métalliques colorent les vitraux, sans que les verriers le sachent |
| 29 décembre 1959 | le physicien Richard Feynman prononce sa conférence « There’s Plenty of Room at the Bottom » |
| 1974 | le Japonais Norio Taniguchi emploie le terme « nanotechnologie » |
| 1981 | microscope à effet tunnel : on « voit » et on déplace les atomes (voir microscope) |
| 1985 | découverte des fullerènes, molécules de 60 atomes de carbone en forme de ballon |
| 1989 | des chercheurs d’IBM écrivent « IBM » avec 35 atomes de xénon |
| 1991 | Sumio Iijima décrit les nanotubes de carbone |
| 2004 | Andre Geim et Konstantin Novoselov isolent le graphène, feuillet de carbone d’un atome d’épaisseur |
| 2016 | prix Nobel de chimie pour les machines moléculaires, dont le Français Jean-Pierre Sauvage |
Les applications
| Domaine | Exemples |
|---|---|
| électronique | transistors de quelques nanomètres dans les puces (voir transistor), mémoires, écrans à boîtes quantiques |
| médecine | vaccins à ARN messager transportés dans des nanoparticules lipidiques, vectorisation de médicaments anticancéreux, agents de contraste |
| matériaux | composites renforcés de nanotubes, verres autonettoyants, peintures anti-rayures |
| cosmétiques | crèmes solaires au dioxyde de titane ou à l’oxyde de zinc nanométriques |
| textiles | vêtements antibactériens à nanoparticules d’argent, tissus déperlants |
| énergie | catalyseurs, électrodes de batteries, cellules solaires |
Risques et réglementation
Les effets à long terme de certaines nanoparticules sur la santé et l’environnement sont encore mal connus. Leur petite taille leur permet d’atteindre profondément les poumons s’ils sont inhalés, et certaines peuvent s’accumuler dans les organismes. Les nanotubes de carbone longs sont étudiés pour des effets comparables à ceux de l’amiante.
- En France, depuis 2013, les fabricants, importateurs et distributeurs doivent déclarer les substances à l’état nanoparticulaire dans le registre R-Nano.
- La mention « [nano] » doit figurer dans la liste des ingrédients des cosmétiques et des aliments concernés.
- L’additif alimentaire E171 (dioxyde de titane), qui contient une fraction nanométrique, est suspendu en France depuis 2020 et interdit dans l’Union européenne depuis 2022.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que le graphène ?
C’est une couche de carbone d’un seul atome d’épaisseur, organisée en nid d’abeille. Très résistant, souple, excellent conducteur de chaleur et d’électricité, il a valu le prix Nobel de physique 2010 à Andre Geim et Konstantin Novoselov.
Y a-t-il des nanoparticules dans l’alimentation ?
Oui, certaines naturellement, d’autres via des additifs ou des emballages. Le dioxyde de titane E171, utilisé comme colorant blanc, est interdit dans l’alimentation dans l’Union européenne depuis 2022.
Les nanorobots existent-ils ?
Pas au sens de la science-fiction. Les chercheurs savent fabriquer des machines moléculaires, rotors, interrupteurs, « voitures » de quelques nanomètres, mais elles restent des objets de laboratoire.