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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.

 
Raquette de tennisDes nanotubes de carbone entrent dans la composition du cadre de certaines raquettes de tennis pour leur conférer à la fois légèreté et solidité.

 

 

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.

 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.

 

 

Téléphone

  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). 

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.

 

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.
 Nanocristal d'oxyde de zinc

 

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.

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).

 

Vêtement

 
 

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.

 

 

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.
 
Alpiniste
  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. 
 
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.    

Peintures

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.
 
Eglise du Jubilé à Rome
 
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.
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.