Les nanotechnologies au service des PME

01/10/2012 17:31

 

Les nanotechnologies au service des PME

 

Bienvenue dans le nanomonde. Ce monde fabuleux où se côtoient des surfaces autonettoyantes, de l'or rouge, des diodes émettant une lumière blanche à haut rendement ou des matériaux légers mais d'une dureté exceptionnelle.
Des technologies nouvelles qui ont quitté les laboratoires pour s'intégrer dans les grands secteurs industriels. Pourtant, le taux de transfert de ces technologies aux PME est encore faible. Sans doute l'information passe-t-elle mal.
Dans le cadre du programme Minatuse, des experts ont écrit une série de 13 articles qui brossent un panorama des applications actuelles des nanotechnologies.
 

Vous avez dit "nano" ?

    Le nanomonde provoque depuis quelques années un véritable engouement chez les chercheurs, dans les entreprises, et même, de plus en plus, dans le grand public. Les effets des structures à l'échelle nanométrique (1 nanomètre = 1 nm = 10-9 m, soit un millième de micron) dans les matériaux sont connus depuis longtemps. Ainsi, par exemple, les propriétés mécaniques des fibres de nylon (diamètre 5 μm) sont déterminées
essentiellement par des structures supramoléculaires comme les cristallites (5 nm) et les fibrilles (50 nm) de dimensions "nano". On sait qu'à cette échelle, les matériaux présentent de nouvelles propriétés et de nouvelles fonctions qui débouchent d'ores et déjà sur des
applications innovantes.
    Alors pourquoi, depuis la fin des années 90, les nanotechnologies occupent-elles autant le devant de la scène scientifique et industrielle? L'impulsion a probablement été donnée par la mise au point du microscope à force atomique (AFM) qui a permis d'entrer au coeur du nanomonde. Sont intervenus aussi des outils permettant d'agir et de manipuler les matériaux presque atome par atome : nano-brucelles, épitaxie, lithographie, …
Cette capacité de synthétiser des éléments de base à une nanoéchelle, avec un contrôle précis des dimensions, puis de les assembler en structures plus grandes va révolutionner des pans entiers de l'industrie.
 

Que sont les nanotechnologies ?

 

Le terme "nanotechnologies" recouvre les activités de conception, de fabrication et d'utilisation de structures d’une dimension inférieure à 100 nanomètres. Leur mise en oeuvre nécessite le développement de matériaux spécifiques très variés selon les applications visées. On peut les classer selon leur dimensionnalité.
    NANO-0 D : Agrégats, amas, nanoparticules, cristallites quantiques, nanocristaux, nanophases, poudres ultrafines, milieux hautement dispersés…
    NANO-1 D : Nanotubes, nanofibres…
    NANO-2 D : Couches minces, revêtements et membranes submicroniques nanostructurées, nano-argiles exfoliées (nanoclays),…
    NANO-3 D : Polycristaux à grains submicroniques, matériaux nanostructurés, revêtements et membranes épaisses nanostructurés, solides nanoorganisés, nanocéramiques,    nanocomposites…
 
                                                       
Ces éléments de base peuvent aussi être utilisés dans la construction de micro et nanosystèmes (MEMS, NEMS) : il s'agit de systèmes intelligents multifonctionnels miniaturisés qui combinent des fonctions de détection, d'actionnement et de traitement.
Ainsi, les détecteurs de gaz sont constitués de films sensibles ultraminces ou nanostructurés.
 

Les nanotechnologies et le textile

 

     Les nanotechnologies sont des technologies interdiscipli aires en émergence, qui devraient constituer la nouvelle révolution industrielle. Ses fondements reposent sur le fait que les propriétés des matériaux changent radicalement lorsque leurs dimensions sont réduites à l’échelle nanométrique.
Avec d'autres, le secteur textile a découvert les possibilités des nanotechnologies. Ainsi, par exemple, les experts tentent avec ténacité d’égaler les propriétés autonettoyantes de la feuille de lotus dans des applications textiles via les nanotechnologies. De telles applications frappent l’imagination.


Définition des nanotechnologies pour le textile


Le textile intelligent et les nanotechnologies sont des termes à la mode, souvent employés sans que les propriétés revendiquées soient directement liées à la technologie utilisée.
Cette situation confuse ne peut plus durer. C’est pour cette raison que le secteur textile a commencé à développer une sorte de label de qualité. Selon celui-ci, un matériau textile reçoit le label "nanotechnologies" uniquement si (a) les nanoparticules ou structures sont ordonnées systématiquement pour aboutir à une nouvelle fonction, (b) les nanotechnologies offrent à l’utilisateur une amélioration évidente d’une fonctionnalité avec un effet négligeable sur les propriétés textiles et (c) les nanoparticules sont résistantes aux processus de nettoyage et n’ont pas d’effet négatif sur la santé et le confort. Ce label peut constituer une première étape vers une certaine standardisation des nanotechnologies.


Intégration de nanoparticules dans le textile


Les nanoparticules peuvent être introduites à deux niveaux dans le processus de production de textile : lors de la fusion du polymère et d'extrusion du fil et lors de l’enduction. Le processus de production doit certes être adapté en fonction du type de nanoparticule utilisé. Il s’agit là d’une tâche à ne pas sous-estimer.
L’utilisation de nanoparticules dans le processus d’extrusion introduit des fonctionnalités intrinsèques
Grâce aux petites dimensions des nanoparticules, on peut les mélanger au polymère avant l’extrusion. On peut ainsi introduire de nouvelles fonctionnalités.
Nous parlons ici essentiellement des nanoparticules à base d’argile, d’oxydes métalliques ou de nanotubes de carbone.


Nanoparticules d’argile


L’argile se compose de milliers de couches d’une épaisseur d’un nanomètre seulement. L’ajout d’une petite quantité d’argile (2 à 5 %) peut déjà avoir un impact significatif sur les propriétés. La littérature décrit de nombreuses propriétés des nanocomposites avec particules d'argiles qui peuvent être intéressantes également pour le secteur textile. Une vaste revue de ces caractéristiques a été effectuée : amélioration des propriétés mécaniques, réduction du rétrécissement, capacités ignifuges, stabilité aux UV, conductivité, résistance à l’usure, substantivité,
propriétés haptiques, réduction du fluage. Il ressort de cet examen que les résultats atteints dans les secteurs connexes peuvent difficilement servir d’étalon pour les applications textiles. Cette observation est valable tant pour le processus de traitement, que pour les propriétés des produits. Bien que l’ajout de nanoparticules d’argile entraîne une augmentation nette de la thermostabilité des matériaux, les tests pratiques sur des textiles ne mesurent qu'une amélioration insuffisante de la tenue au feu. En outre, l’impact de l’argile sur les propriétés mécaniques, sur le comportement de rétrécissement et sur le fluage des fils est faible. Une amélioration considérable a cependant pu être réalisée au niveau du comportement antistatique et de la substantivité. Les nanoparticules d’argile ont par contre un impact négatif clair sur la stabilité aux UV.

 

 

 Nanoparticules d’oxydes métalliques

 

 

Les nanoparticules d’oxydes métalliques, telles que le TiO2, l’Al2O3, et le ZnO, sont ajoutées en raison de leur conductivité électrique favorable, de leur effet antibactérien et de leurs propriétés d’absorption des UV.


Nanotubes de carbone

 

Dans le futur, l’utilisation de nanotubes de carbone (CNT, voir l’article précédent de cette série) sera davantage étudiée. L'amélioration de la résistance mécanique et de la conductivité électrique qu’ils apportent aux fils ouvre de nombreuses applications nouvelles. Jusqu'ici toutefois, la recherche dans ce thème est limitée compte tenu du prix élevé des CNT et de la couleur noire qu’ils confèrent aux fils.
Utilisation de nanoparticules dans les enductions de textile pour l’élaboration de fonctionnalités de surface

 

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