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Réponse le  19/11/2009

L'énergie requise pour fabriquer un produit dépend du procédé utilisé. Dans le cas des nanomatériaux, divers procédés sont utilisés, conduisant soit à des poudres, soit à des revêtements. Pour les poudres, plusieurs procédés sont également disponibles et le choix dépend de la productivité recherchée. Si l'on peut mettre en balance des procédés à faible productivité avec des procédés à productivité élevée, alors les procédés de chimie douce sont évidemment moins énergétivores que des procédés laser ou de broyage mécanique.

"Nano-structurer"  revient en quelque sorte à "usiner", à graver, plus finement. Sous un autre angle, cela signifie que l’on veut introduire davantage d'information dans la matière par unité de volume pour la structurer. Il faut donc pour ce faire dépenser de l'énergie.L'ordre de grandeur de la dépense énergétique nécessaire à cette "gravure" varie beaucoup. La thermodynamique nous apprend que les conditions et la vitesse d'exécution ont une grande importance. 

Il y a un coût énergétique en dessous duquel on ne peut pas descendre: il faut  en effet consentir une énergie minimale par "bit d'information matérialisé". Mais ce coût est faible:  par exemple dans le cas des cellules vivantes, qui peuvent être vues comme un exemple de "nano" système, des millions d'années d'évolution ont sélectionné des processus fortement optimisés du point de vue de la dépense énergétique. Puisqu'elles croissent et se multiplient dans des conditions proches de l'optimum, le vivant peut donner une idée, à température ambiante, de l'énergie minimum recherchée.

A titre de repère, pour estimer le bas de la fourchette énergétique, quelques grammes de sucres dans une boîte de Pétri permettront à une bactérie de se multiplier à des milliers, voire des millions d'exemplaires en quelques heures.

Réponse le  19/11/2009

Il est très important de s'en préoccuper, car, "Nano-structurer" cela revient en quelque sorte à "usiner", à graver, plus finement qu'avant. Et si cela ne se fait pas spontanément, il faut appliquer des forces au matériau, donc dépenser de l'énergie.

Sous un autre angle, cela revient à introduire davantage d'information dans la matière, par unité de volume, et cela a un coût.

Quel est l'ordre de grandeur de la dépense énergétique nécessaire à cette "gravure", autrement dit, quelle énergie faut-il par "bit d'information matérialisé" ? 

Cela varie.  La thermodynamique indique que les conditions et la vitesse d'exécution ont une grande importance. 

Prenons le cas des cellules vivantes, qui peuvent être vues comme un exemple de "nano" système. Des millions d'années 'd'évolution' ont sélectionné des processus fortement optimisés du point de vue de la dépense énergétique. Puisqu'elles croissent et se multiplient dans des conditions proches de l'optimum, le vivant peut donner une idée, à température ambiante, de l'énergie minimum recherchée.

A titre de repère, pour estimer le bas de la fourchette énergétique : quelques grammes de sucres dans une boite de Pétri permettront à une bactérie de se multiplier à des milliers voire des millions d'exemplaires en quelques heures.

Réponse le  02/12/2009

La dégradation des matériaux dépend de la nature de la matière dont ils sont composés. S'agissant des nanomatériaux, c'est pour connaître la réponse exacte à cette question qu'un grand nombre de projets de recherche ont été lancés sur le cycle de vie de ces  produits, leur recyclage, ainsi que  leur impact sur le vivant et sur l'environnement.

Le processus de dégradation est évidemment très variable selon leur composition chimique et parfois aussi leur procédé de fabrication. A priori des nanoparticules sont plus réactives chimiquement que le même matériau massif en raison de la plus grande surface externe en contact avec l'atmosphère ou le milieu dans lequel elles se trouvent. Cependant, la chimie des agrégats peut conduire à des assemblages moléculaires ayant des propriétés entièrement nouvelles utilisées par exemple pour les catalyseurs dans l'industrie chimique, ou pour l'enregistrement magnétique. Certains matériaux peuvent être stabilisés par leur énergie de surface qui devient dominante par rapport à l'énergie de volume habituellement prise en compte dans les matériaux massifs.

Il n'y a donc pas de règle générale, de nombreux mécanismes de dégradation étant possibles : coalescence pour donner des particules plus grosses, évolution vers des matériaux plus stables, oxydation ou réduction à leur surface, etc...

Réponse le  19/11/2009

Cette taille, déterminée à partir de données scientifiques, n'est pas une norme exacte mais plutôt un ordre de grandeur communément admis: il s'agit d'une échelle caractéristique à partir de laquelle des propriétés et des comportements spécifiques de la matière sont observés.

Pour décrire la technologie et les matériaux utilisés à l'échelle nanométrique, plusieurs termes sont employés, qui font encore débat aux niveaux scientifique, juridique et politique. 

Il ne s'agit en aucun cas d'un seuil déterminé, par exemple, par une réglementation, afin de permettre ou limiter la diffusion d'objets d'une certaine taille.

Réponse le  19/11/2009

Les fumées de toute nature, domestiques notamment, ainsi que les poussières industrielles ou urbaines, contiennent des nanoparticules, tout comme les cendres d'une éruption volcanique. Les nanoparticules ne sont en effet pas seulement produites par l'homme, elles existent aussi à l'état naturel.

Réponse le  26/11/2009

Monsieur,

La CPDP a transmis votre question à l'INSERM. Voici la réponse faite par le chercheur qui a produit ces photos :

"Les macrophages sont des cellules chargées d’incorporer, de détruire et/ou d’éliminer de l’organisme des molécules ou des agents divers et variés (bactéries, particules de la pollution, cellules mortes, etc). Dans la photo du document, les macrophages (en rose) exposés aux nanotubes de carbone présentent des vésicules qui contiennent des nanotubes isolés et en amas à l’intérieur (en noir).  Ceci montre que les macrophages sont capables d’incorporer les nanotubes. Les scientifiques travaillent actuellement sur les conséquences de ce phénomène pour les macrophages et pour les nanotubes."

Réponse le  13/11/2009

La combustion du tabac et du papier à cigarettes relargue des nanoparticules comme tous les phénomènes de combustion, même les plus anodins comme la combustion du bois dans les cheminées d'agrément, la combustion du gaz des cuisinières, les barbecues etc...Les combustions industrielles n'échappent pas à la règle, pas plus que la combustion des carburants dans les moteurs à explosion, sans parler des éruptions volcaniques...

Réponse le  19/11/2009

En fonction du procédé technologique choisi, la production des nanoparticules peut se faire en phases gazeuse (sublimation, évaporation, ablation laser), liquide (colloïdes, micelles) ou solide (broyage, densification), mais aussi sous des formes mixtes (sol-gel) et cette liste est loin d'être exhaustive. En général, pour chaque type de nanoparticule, c'est le procédé spécifique de fabrication le mieux adapté en termes de performances, de coût et de sécurité qui est utilisé.

Réponse le  19/11/2009

Les formes des nanoparticules sont définies par les atomes ou les molécules qui les composent et des règles d'associations chimiques de ces atomes ou molécules entre eux. Elles ont donc des formes préférentielles dépendant de ces règles d'associations qui doivent, en outre, minimiser l'énergie de l'ensemble.

Concernant les assemblages d'atomes de carbone, on trouve, à côté des nanotubes, des structures planaires d'atomes appelées "graphènes" et des sphères appelées "fullerènes", plus exactement des polyèdres ayant 60 nœuds ou plus, avec des faces hexagonales et pentagonales comme un ballon de football.

Mais il existe un grand nombre d'autres types de nanoparticules composées d'autres atomes ou molécules avec chacune des règles particulières d'association. (ci-dessous l'image d'un fullerène).

L'électronique est l'un des secteurs les plus avancés dans les applications qui mettent en oeuvre les propriétés attachées à ces formes particulières de la matière.

Réponse le  22/03/2010

La Commission particulière du débat public sur les nanotechnologies a fait parvenir votre question à M.Brochard. Malheureusement nous n'avons pas reçu de réponse à votre question et nous en sommes désolés.

La Commission particulière du débat public sur les nanotechnologies vous remercie de votre participation.

Réponse le  19/11/2009

La durée de vie de ces matériaux et molécules dépend fortement des matériaux utilisés. Certains peuvent se dégrader rapidement. Certains peuvent durer des siècles. Éclairés avec un laser, des marqueurs moléculaires peuvent se dégrader en une fraction de seconde. À l'autre extrême, la coupe de Lycurgue (British Museum), contenant des nanoparticules d'or et d'argent d'environ 70 nm, date du IVème siècle avant notre ère. À la lumière du jour elle est verte. Lorsqu'une source de lumière est placée derrière cet objet, il devient rouge. On peut également parler des vitraux des cathédrales gothiques du Moyen Age dont les couleurs sont dues à des nanoparticules d'or, ou des épées de Damas dont la qualité est due à la présence de nanotubes de carbone.

Réponse le  24/01/2010

De manière générale, on utilise dans les nanotechnologies des matériaux minéraux et des matériaux organiques.

Les matériaux minéraux sont extraits à partir des minerais issus de mines ou réalisés par des réactions chimiques spécifiques. Ils doivent être raffinés, leur degré de pureté étant souvent une condition de réussite de la fabrication du produit final, en particulier en électronique où la présence d'impuretés dégrade fortement les propriétés du produit. Dans les composants électroniques sont utilisés pour semiconducteurs des matériaux comme le silicium (Si), le germanium (Ge), mais aussi des alliages comme l'arséniure de gallium (GaAs) ou l'arséniure d'indium et gallium (InGaAs). Souvent de faibles quantités soigneusement dosées d'autres matériaux leur sont ajoutées, les "dopants", permettant de leur donner les propriétés électroniques souhaitées, comme l'aluminium (Al), le gallium (Ga), le phosphore (P), l'arsenic (As). De l'or (Au) ou du cuivre (Cu) sont utilisés pour relier les composants dans les circuits intégrés.

Parmi les matériaux organiques, les nanotubes de carbone sont souvent utilisés. Ils sont fabriqués en vaporisant à haute température (par laser, arc électrique) du graphite, une des formes allotropiques du carbone qui se trouve en grande quantité dans les gisements de charbon. Les aérogels, qui ont des propriétés d'isolation thermique remarquables, sont fabriqués à partir d'oxyde de silicium (SiO₂) ou d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃).

Le domaine médical fait appel au titane (Ti) ou au zirconium (Zr) comme revêtement nanostructuré des prothèses, au cadmium  (Cd) et au zinc (Zn) dans la fabrication de marqueurs moléculaires (nanodots), au silicium (Si) et à l'or (Au) dans la fabrication de nanobilles capables de détruire des tumeurs par chauffage sous l'action des micro-ondes, et à du phosphate de calcium (Ca₃(PO)₂) nanoporeux pour la régénération du tissu osseux.

 Les matériaux organiques proviennent du vaste domaine de la chimie organique (chimie du carbone) de synthèse, dont la principale matière première est le pétrole. Ils occupent un spectre d'applications très large ( matériaux plastiques, médicaments, produits cosmétiques, textiles). Ce sont parmi quelques exemples : les phospholipides utilisés pour la fabrication de liposomes (vésicules qui encapsulent des médicaments et qui les dirigent vers la cible souhaitée), les polymères semiconducteurs utilisés pour réaliser des diodes électroluminescentes organiques, des écrans ultra-plats et des panneaux solaires, etc...

Réponse le  19/11/2009

Le devenir des nanoparticules dépend de la nature de la matière dont est composé l'article ou l'objet. Les nanoparticules peuvent flotter dans l'air, être entraînées par l'eau, dispersées dans l'environnement. Elles peuvent rester en l'état ou s'agréger, formant dans ce dernier cas un objet de taille micrométrique, voire macroscopique. C'est pour connaître la réponse exacte à cette question qu'un grand nombre de projets de recherche a été lancé sur le cycle de vie des produits "nano", leur recyclage et l'impact sur le vivant et sur l'environnement.

Réponse le  14/11/2009

C'est le développement à cette échelle de l'instrumentation nécessaire qui a permis l'essor des nanotechnologies. En biologie par exemple, des recherches concernent la métrologie des nanoparticules à très faible dose et visent également à étudier les cinétiques de greffage et d'agrégation de ces nanoparticules sur des tissus biologiques.Il est effectiveùment nécessaire d'utiliser et de mettre au point des méthodes d'expertise et d'évaluation adaptées.