Les nanotechnologies

1
Les nanotechnologies

• Une courte promenade dans le monde des
  Nanoparticules

2
INTRODUCTION LES SCIENCES COGNITIVES
Elles regroupent un ensemble de disciplines
scientifiques relatives à tout système de
traitement de l'information capable d'acquérir,
conserver, utiliser et transmettre des
connaissances
Lanalyse cognitive est la chaîne dobservations
et de processus conduisant de lexistence du fait
à la représentation que peut sen faire notre
cerveau.
3
LES ECHELLES DE PERCEPTION DANALYSE
Échelle atomique
Échelle sidérale
Échelle métrique
Échelle nanométrique
Nanotube de carbone
Échelle planétaire
Fullerène C 60 Carbone allotropique
Nano hélice doxyde de zinc
Virus HIV
4
LA PERCEPTION DES OBJETS NANOMETRIQUES
Ils sont plus petits que la longueur donde de la
lumière visible (0,4-0,8 µm) donc inobservables
par des moyens optiques classiques On devra
utiliser leurs propriétés et leurs réactions avec
lenvironnement pour les détecter et les
 voir  à laide de moyens extérieurs
(fluorescence, usage de microscopes à effet de
champ proche ) et on devra ensuite réaliser une
opération cognitive pour en définir les contours
et les structures A cette échelle, il ny a plus
dobservation directe. Pour autant, les notions
de géométrie classique ont encore un sens
masse, dimensions, déplacements, concentration
Nous sommes dans lunivers des structures
moléculaires, mais au seuil des dimensions
atomiques, au seuil du domaine quantique de
lincertitude et de la probabilité.
5
DES CARACTERISTIQUES TRES INHABITUELLES
Des produits inertes comme le charbon acquièrent
des propriétés électro-optiques quand ils sont
sous la forme de Fluorènes ou de nanotubes, tout
en étant plus résistants et 4 fois moins lourds
que lacier. Le silicium de propriétés optiques
médiocres devient sous la forme de nanocristaux
le composant essentiel de diodes laser tandis que
des nanoparticules de dioxyde de titane ou
doxyde de zinc entrent dans la composition de
crèmes solaires, cosmétiques et peintures ou
vernis. Loxyde de Cerium, un matériau très dur
utilisé en poudre pour le polissage du
verre devient sous forme nanométrique un
catalyseur de réactions doxydation et un
réducteur de CO 2 dans la combustion des
carburants. Par leurs  effets de bord ,
pratiquement tous leurs atomes étant à la
périphérie du  grain  constitué de peu de
molécules, voire une seule, certains composants
nanométriques ont des affinités considérables
avec des molécules, des enzymes voire des
cellules humaines doù certaines utilisations
avérées ou envisagées dans la transformation des
aliments (exhausteurs de goût, antioxydants), en
biologie médicale (marqueurs biologiques entre
autres) ou en thérapie génique (traitement des
cancers,certains types de chimiothérapies)
6
DES EFFETS PARTICULIERS

• On distingue finalement 3 types deffets
  typiques des structures de dimensions
  nanométriques
• - les effets de surface (rapport
  volume/surface)
• - Les effets de bord liés aux échanges
  énergétiques entre les électrons périphériques
• - Les effets quantiques notamment sous
  leffet de rayonnements.

7
DES EFFETS DE SURFACE
Réduit en grains de taille nanométrique, la
surface déchange dun produit donné est
multipliée par un facteur considérable Le
rapport surface/volume dun  nuage  de
fullerène de carbone de diamètre 100 nm sera au
moins 10 000 fois plus important que celui de la
même quantité de même matière agglomérée en blocs.
8
QUELQUES EFFETS DE BORD

• ANTIAGGLOMERANT des oxydes métalliques nano
  dans le café, le sel, les épices en poudre
  absorbent l'eau à leur surface en formant des
  liaisons hydrogène avec le liquide
• ANTIBACTERIEN des ions dargent incorporés dans
  un emballage ou un liquide bloquent le
  métabolisme des bactéries et les détruisent
• PROTECTION DES ALIMENTS oxyde et nitrure de
  titane Intégrés dans un emballage dépaisseur
  nanométrique absorbent les rayonnements ou l'eau,
  évitent loxydation
• INCORPORATION (vitamines, oméga 3, arômes)
  utilisant des molécules tensioactives,
  biodégradables, retenant et libérant ladditif et
  favorisant son assimilation
• BIODISPONIBILITE sous certaines formes,
  certains métaux utilisant la propriété précédente
  peuvent franchir une barrière biologique et
  transporter un principe médical actif là ou cest
  utile

9
DES EFFETS QUANTIQUES

• Certains éléments qui cristallisent sous des
  formes allotropiques (carbone!)ont sous certaines
  de ces formes nanométriques et sous certaines
  excitations des échanges interactifs de nature
  quantique entre eux ou avec leur environnement
  utilisables pour des applications (transistors,
   puces , nanomachines)

10
NANOTECHNOLOGIES  DOWN/TOP 
Dans les technologies classiques, les limites de
miniaturisation seront bientôt atteintes, Conducte
urs imprimés et composants atteignant des
dimensions nanométriques à partir desquelles ils
ne se comportent plus vraiment comme conducteurs,
résistances ou condensateurs. La capacité de
certains nanoproduits à réaliser des fonctions
électroniques standard (redressement, effet
tunnel, effet de champ) et lapparition de
techniques de manipulation de ces composants a
permis de concevoir lassemblage de nanocircuits
intégrés sous forme de puces . On en met
partout, de la carte à puce à lordinateur. Les
 nanosystèmes  lilliputiens sont à la base de
tous les dispositifs biométriques et bioactifs
qui se développent avec lespoir pour certains de
nous les glisser de façon permanente sous la
peau. La réalisation de micro-systèmes combinant
des nanoéléments électroniques, optiques et
mécaniques a fait entrer la nano technologie dans
les secteurs de la vie courante, et jusque dans
le domaine de la biologie et de la
bio-engénieurie.
11
LES NANOTECHNOLOGIES DANS LASSIETTE
LUnion Européenne définit une liste dadditifs
alimentaires autorisés, désignés sur les
emballages du produit par une lettre E suivie de
3 chiffres et destinés à  améliorer  telle ou
telle caractéristique du produit. De plus en
plus, les industriels de lalimentation utilisent
ces additifs sous forme nanométrique,
particulièrement depuis que Mars en a breveté le
principe en 1983.
Parmi ces additifs, les industriels de
lalimentation utilisent des exhausteurs de goût
ou des développeurs darôme qui, sans modifier le
goût ou lodeur du produit en augmentent la
perception par les papilles gustatives ou
olfactives. Référencées E620 à E641, ils
utilisent pour la plupart des glutamates
cristallisés ou encore lacétate de zinc (E650).
Il y a encore des colorants (E100 à E183), des
conservateurs comme le dioxyde de souffre SO2
(E200 à E299), des oligo-éléments et des
anti-oxydants comme le zinc, le manganèse, le
cuivre ou le sélénium (E300 à E321) et bien
dautres additifs encore incluant emulsifiants,
epaisissants,stabilisants, régulateurs de ph sous
forme de traces cristallisées.
12
(No Transcript)
13
LES NANOPARTICULES SAUVAGES
On aurait tort de croire que les nanoparticules
sont une  invention  récente. La nature et
lactivité humaine naturelle en fabriquent tous
les jours. Les feux de bois dans le monde
envoient plus de nanoparticules de carbone dans
latmosphère que lensemble des moteurs diesel
pour lesquels on impose des pots catalytiques
Question de température et de conditions de
combustion. Si les nanoparticules sont présentes
partout, dans lécran plat de lordinateur comme
dans la barre chocolatée, il y a peu de sites
industriels spécialisés dans leur recyclage et un
grand nombre de ces produits finissent leur vie
dans les décharges ou sont brulés dans les
incinérateurs dont les filtres les plus fins ne
sauraient les retenir. Il y a donc sans aucun
doute une quantité considérable de nanoparticules
 libres  dans notre environnement. Les bilans
de pollution de lair réalisés dans les
concentrations urbaines disposent dun seuil
dalerte à la présence de particules ou
agglomérats inférieurs à 10µm On est donc très
loin du domaine nanométrique et on doit en
déduire quil nexiste aujourdhui aucun moyen
réel dévaluer les pollutions de lair par
nanoparticules.