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Le dossier du maître d'ouvrage
Le dossier du maître d’ouvrage aborde les grands champs du sujet qui structurent le débat.
Dossier du Maître d'ouvrage - Partie 2
Le maître d'ouvrage
Les produits d’usage courant
Certaines nanoparticules ou nanostructures sont utilisées dans des produits de consommation courante depuis des décennies, bien avant que le préfixe nano ne vienne les identifier en tant que tels. Ainsi, le noir de carbone sert à augmenter la durée de vie des pneumatiques dont le caoutchouc s’use très vite. D’autre part, les liposomes, dont on a vu plus haut l’utilité pour les médicaments, sont utilisés dans des crèmes hydratantes en cosmétique depuis le début des années 1990.
 Des nanotubes de carbone entrent dans la composition
du cadre de certaines raquettes de tennis pour leur conférer à la fois
légèreté et solidité.
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Les nanotechnologies font donc déjà partie de la vie courante comme le
montrent les quelques exemples suivants, pris dans le domaine des
équipements de sport, des cosmétiques, des peintures et vernis, des
textiles et du bâtiment.
Résistance et légèreté dans les équipements de sport
De par leur structure simple et stable, les nanotubes de carbone
possèdent des propriétés physiques, mécaniques intéressantes : ils sont
cent fois plus résistants que l’acier et six fois plus légers. Ils sont
donc utilisés par les fabricants d’équipements sportifs, dans des
matériaux composites qui allègent sans fragiliser certaines raquettes
de tennis ou de badminton, des clubs et des balles de golf, des battes
de base-ball, des crosses de hockey, des cadres de vélos…
Filtrer ou réagir aux UV dans les cosmétiques
Les propriétés des nanomatériaux et l’utilisation de structures telles que les liposomes
ont abouti à de nombreuses applications en particulier dans
l’élaboration des crèmes solaires. Certaines particules (dioxyde de
titane, de cérium ou de zinc) ont la particularité de filtrer les UV et
de ne presque pas diffuser la lumière visible.
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De plus, en séchant, certaines s’agglomèrent pour former une structure en réseau qui augmente la tenue de la crème sur la peau lors de l’exposition à l’eau.
Des fonds de teint utilisent également des pigments (tels que le dioxyde de titane dopé au fer) qui présentent un noircissement réversible selon la longueur d’onde et l’intensité de la lumière. Ainsi, le produit adapte sa couleur à l’intensité des UV et le maquillage reste identique sous une lumière naturelle ou artificielle.
D’autres produits, comme les crèmes antivieillissement, ont aussi été développés sur la base des propriétés de certaines nanoparticules : les particules d’oxyde de silicium et de zinc captent des enzymes qui dessèchent la peau. Dans le domaine de l’hygiène dentaire, le silice nanoparticulaire est utilisé dans certains dentifrices.
Le nouveau règlement européen relatif aux produits cosmétiques prévoit des dispositions particulières pour les nanomatériaux (Cf.
le détail de la réglementation).
Des peintures et vernis résistant à l’abrasion et à la corrosion
Certaines nanoparticules, intégrées comme additifs dans les peintures et revêtements, accroissent la résistance à l’abrasion ou aux rayures et augmentent la protection contre les UV et la corrosion. Un liant constitué de particules de polymères incluant des nanoparticules de titane entre par exemple dans la composition de certains revêtements de façade antivieillissement. Elles leur confèrent une double propriété : ils ne ramollissent pas sous le soleil de l’été et échappent à l’encrassement au contact de la pollution ; à la surface de la façade, une organisation des molécules la rend autonettoyante sous l’action de la pluie.
Des nanoparticules d’oxyde de cérium peuvent également être utilisées dans des vernis pour protéger du vieillissement les façades en bois, tout comme des nanoparticules à base d’oxyde de zinc pour augmenter la protection contre les UV.
Dans le secteur automobile, où la longévité des peintures est un enjeu important, un vernis trois fois plus résistant aux microrayures et tout aussi facile à mettre en œuvre a été mis au point en utilisant des nanoparticules de céramique.
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La nanoélectronique peut associer une grande
puissance de calcul à une baisse de consommation des circuits, ce qui
ouvre la voie à des concepts nouveaux d’utilisation du téléphone, au
service des futures évolutions d’internet (internet des objets). |
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EXPLICATION : Le dioxyde de titane
Le dioxyde de titane (TiO2)
est une molécule connue des scientifiques pour accélérer de nombreuses
réactions chimiques, notamment celles faisant intervenir des particules
organiques (poussières, particules des pots d’échappement, salissures).
Le dioxyde de titane est aussi utilisé dans les crèmes solaires car il
possède la propriété d’arrêter les rayons ultraviolets provoquant les
coups de soleil et le bronzage.
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Nanocristal d’oxyde de zinc intégré à une crème solaire
Les nanocristaux d’oxyde de zinc, comme celui-ci,
sont intégrés dans des crèmes solaires : ils filtrent les UV et ne
diffusent presque pas la lumière visible, ce qui permet de produire une
crème transparente et évite le blanchissement après son application.
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DEFINITION : Les polymères
Les polymères sont les molécules de base utilisées dans la fabrication
du plastique. Ils sont devenus l’élément essentiel d’un nombre très
important d’objets, dans lesquels ils ont souvent remplacé les
substances naturelles.
Ils peuvent être classés d’après leurs propriétés thermomécaniques :
thermoplastiques, qui deviennent malléables une fois chauffés ;
thermodurcissables, qui durcissent sous l’action de la chaleur ou par
ajout d’un additif ; élastomères, qui sont déformables de manière
réversible.
Le terme désigne des matières abondantes et variées, des protéines les
plus ténues aux fibres de kevlar haute résistance. Certains polymères
sont utilisés en solution, comme dans les shampooings, d’autres forment
des matériaux solides, comme ceux utilisés par l’industrie automobile,
par exemple.
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Plus que des textiles, des fonctions
L’industrie textile recourt aux nanotechnologies pour améliorer ses produits (propriétés thermiques, antiplis) et leur résistance à l’eau, au feu ou à l’abrasion. Parfois plus : dans le domaine du vêtement de sport, par exemple, des nanoparticules métalliques, d’argent notamment, sont intégrées aux fibres afin de donner des propriétés bactéricides au tissu et de lutter contre les mauvaises odeurs. Ces nanoparticules d’argent sont présentes aujourd’hui dans plus de 600 produits (électroménager, pansements, sous-vêtements…).
Au-delà de ces premières applications, certains prévoient, déjà, qu’à l’avenir le textile d’habillement deviendra multifonctionnel. Dans la fibre textile, de véritables réseaux de capteurs-actionneurs, intégrant des nanocomposants, permettront de remplir des fonctions (par exemple l’identification d’un état physiologique) pour lesquelles sont aujourd’hui mobilisés des équipements lourds et encombrants. Dans un avenir beaucoup plus lointain, il est envisagé de concevoir des tissus qui récupèrent l’énergie du corps humain pour la transformer en électricité.
En faisant appel aux nanotechnologies, l’industrie textile a la possibilité de couvrir des applications qui dépassent largement le vêtement et la mode. Avec une maîtrise du traitement des fibres au niveau moléculaire, les textiles de demain pourraient délivrer des médicaments ou encore contribuer à lutter contre la contrefaçon (par insertion de nanoparticules luminescentes encapsulées qui ne se révèlent que sous un éclairage particulier).
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Vers des vêtements multifonctionnels
Les nanoparticules d’argent (déjà présentes dans plus
de 600 produits) sont intégrées à certains vêtements couramment vendus
dans le commerce pour renforcer leurs propriétés antibactériennes ou
antiodeurs. Les vêtements professionnels, destinés aux pompiers ou aux
soldats notamment, pourraient bientôt résister à des environnements
extrêmes.
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Des matériaux de structure aux propriétés accrues
Dans l’industrie automobile, de nombreux nanomatériaux sont utilisés en vue de réduire le poids des véhicules de 20 à 50 % et d’abaisser la consommation de carburant. L’ensemble des matériaux qui remplacent progressivement l’acier et les métaux, comme les polymères, peuvent être renforcés par des nanomatériaux. Cet ajout permet également d’augmenter la résistance des pièces automobiles aux rayures.
Dans les aciers, la nanostructuration se traduit par une augmentation de la résistance mécanique, notamment de la résistance à l’usure des outils de coupe, dont la durée de vie augmente. Les crampons des alpinistes sont par exemple couramment équipés de pointes en acier nanostructuré qui assurent une meilleure pénétration dans la glace.
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Des nanotubes de carbone améliorent les performances de certains
aciers : meilleure résistance mécanique et à l’usure pour les outils de
coupe, plus grande pénétration dans la glace pour la pointe des
crampons d’alpinistes.
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Plus généralement, le gain de résistance mécanique est utile pour les matériaux dits de structure. Il entraîne une diminution des épaisseurs à performance identique. Il en résulte un allègement du poids qui constitue un critère déterminant dans certains secteurs d’application comme l’aéronautique.
Pour des applications comme les turbines à gaz (production électrique ou application aéronautique), la présence de particules d’oxydes nanométriques permet à l’acier de conserver une résistance mécanique même à très haute température (environ 1 000 °C pour certains aciers).
Enfin, certains bétons tirent déjà des avantages des nanomatériaux lors de leur fabrication. L’introduction de fumée de silice augmente leur fluidité et améliore leurs propriétés mécaniques. Des aérogels de silice renforcent leur pouvoir d’isolation thermique et des nanoparticules de dioxyde de titane les rendent autonettoyants : elles provoquent, sous l’action des rayons UV de la lumière du soleil, la décomposition des dépôts organiques responsables de la salissure des bâtiments.
| Des peintures et vernis intègrent des nanoparticules qui les rendent
plus résistants à l’abrasion et aux rayures et augmentent leur pouvoir
de protection contre les UV. |
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EXPLICATION : Aciers nanostructurés
On distingue les aciers renforcés par des particules de taille
nanométrique (par exemple par des oxydes) et les aciers présentant une
structure intrinsèque de taille nanométrique dans la masse.
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L’église du Jubilé à Rome (photo), comme la cité des
Beaux-Arts de Chambéry, sont des exemples d’utilisation d’un béton non
salissant intégrant des nanoparticules de dioxyde de titane.
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EXPLICATION : Matériaux de structure
Matériaux garantissant l’intégrité de la structure aux différents
efforts mécaniques comme le poids, les forces centrifuges, la poussée
du vent… Le béton, l’acier et le bois utilisé dans les charpentes sont
des matériaux de structure.
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