Rubrique : Les procédés physiques d’élaboration des nanoparticules
Les procédés physiques se distinguent par la technique utilisée pour vaporiser le matériau que l’on souhaite obtenir sous forme nanoparticulaire. On trouve ainsi :
* l’évaporation-condensation sous pression partielle inerte ou réactive. Elle permet d’obtenir en condition industrielle (plusieurs dizaines de tonnes par an) des nanoparticules métalliques ou céramiques. Cette méthode consiste à évaporer un métal par chauffage puis à condenser la vapeur métallique afin d’obtenir une poudre de taille nanométrique. Les conditions opératoires, le recours à une atmosphère réactive ou non, dépendent beaucoup de la nature chimique des poudres fabriquées. Ainsi, en atmosphère oxydante on peut obtenir, en particulier, des nanopoudres d’oxydes métalliques ;
* la pyrolyse laser. La pyrolyse laser repose sur l’interaction en jets croisés entre l’émission d’un laser CO2 et un flux de réactifs. Selon les mélanges de précurseurs introduits dans le réacteur, une grande variété de poudres peut être synthétisée, telles Si, SiC, SiCN, Si3N4, TiO2 etc. Bien qu’encore limité aux activités de recherche (avec une productivité de l’ordre du kg/h), ce procédé pourrait se développer industriellement très rapidement ;
* les flammes de combustion. La synthèse des nanoparticules est obtenue par oxydation dans des flammes à partir de précurseurs gazeux ou liquides. Cette technologie est très utilisée industriellement, en particulier pour la production de dioxyde de titane (TiO2) utilisée en cosmétologie ;
* le plasma thermique. Le matériau d’apport est vaporisé dans les hautes températures produites par un plasma. Les vapeurs produites sont ensuite condensées sous l’effet d’un refroidissement très rapide suivant l’étape de fusion-vaporisation. Ce procédé est bien adapté aux matériaux réfractaires. Il permet de produire des nanopoudres de TiC, SiC, pérovskites que l’on aurait du mal à synthétiser autrement ;
* le dépôt physique en phase vapeur. Cette technique sous vide (appelée PVD pour Physical Vapor Deposition), qui consiste à pulvériser une cible métallique solide, permet de déposer des couches d’épaisseur nanométrique sur des substrats que l’on souhaite revêtir. Des dépôts de TiN, CrN, (Ti,Al)N ont ainsi pu être obtenus par PVD cathodique magnétron, évaporation par arc ou dépôt ionique ;
* les autres procédés. D’autres technologies sont utilisées pour la production de nanopoudres à l’échelle du laboratoire. On peut citer par exemple l’utilisation des fluides supercritiques (sans réaction chimique), les micro-ondes, l’irradiation ionique ou électronique. Ces procédés en développement ne sont pas utilisés de façon significative à l’échelle industrielle.
