Rubrique : Au-delà de la taille, de nouvelles propriétés
Nanosciences et nanotechnologies ne se présentent pas comme de nouveaux champs disciplinaires. Elles se caractérisent plutôt comme une forme d’appréhension nouvelle de disciplines classiques déjà existantes. Pour autant, elles ne sont pas une simple étape de la miniaturisation : elles se caractérisent par la mise en œuvre au sein des nano-objets, nano-dispositifs ou nano-systèmes de nouvelles lois de comportement et de nouvelles propriétés qui apparaissent et déterminent leur fonctionnement.
En effet, à cette échelle, les matériaux et les systèmes peuvent révéler des caractéristiques qu’ils n’ont pas lorsque la taille est plus importante. Pour comprendre et exploiter ces propriétés, il faut faire appel aux lois de la physique quantique, qui prédit des phénomènes parfois inhabituels, comme l’effet tunnel.
Ainsi, les lois de la mécanique quantique montrent que les nanomatériaux possèdent aussi très souvent des propriétés optiques (absorption de la lumière par exemple), électriques et magnétiques différentes de celles de leurs homologues macrostructurés. Ils se prêtent par exemple au déclenchement de la réaction catalytique. Une grande partie de la chimie utilise les interactions de surface (lire l’encadré sur les produits effervescents) : on comprend dès lors l’avancée considérable que constituent les nanotechnologies.
Outre les effets particuliers issus de la mécanique quantique, d’autres propriétés inhérentes aux nano-objets proviennent en grande partie de leur grand rapport surface volume comparativement aux objets de plus grande taille.
Cet énorme accroissement du rapport surface volume entre un matériau nanostructuré et le même matériau structuré à une plus grande échelle (on dit alors micro ou macrostructuré, le terme macro désignant l’échelle supérieure au micromètre) a un effet considérable sur les propriétés : ainsi comparé à son équivalent micro ou macrostructuré, un nanomatériau est en général beaucoup plus réactif chimiquement. Par exemple, il fond plus vite car l’énergie de surface est plus importante et vient compenser l’énergie de volume.
Loin d’être uniquement liées à sa composition chimique, les propriétés d’un matériau dépendent beaucoup de la taille de sa structure interne, du type de molécules se trouvant en surface et d’effets quantiques lorsque le matériau est structuré à l’échelle nanométrique. Structurer la matière à cette échelle permet ainsi de disposer de matériaux aux propriétés nouvelles offrant des applications technologiques dans de nombreux domaines de la science : optique, électronique, magnétisme, chimie…
