Les nanotubes et leurs applications.

Jusqu'en 1985, les seules formes cristallisées connues de carbone pur étaient le graphite et le diamant. En 1985 trois chercheurs R. Smalley, R. Curl (Rice University, Houston, USA) et H. Kroto (University of Sussex, Grande Bretagne) ont découvert une nouvelle forme de carbone, la molécule de C60 constituée de 60 atomes de carbone répartis sur les sommets d'un polyèdre régulier constitué de facettes hexagonales et pentagonales (Figure 1). Cette molécule a été appelée fullerène et tire son nom de l'architecte américain R. Buckminster Fuller qui construisit la géode du pavillon de l'exposition universelle de Montréal qui a la même forme géométrique. Il a fallu cependant attendre 1990 pour que soit mis au point par D. Huffman et W. Krätschmer (Université de Heidelberg, Allemagne) un procédé de synthèse qui a permis d'obtenir des quantités macroscopiques de ces molécules et notamment des cristaux. De ce moment date réellement le démarrage des études physiques et chimiques sur les fullerènes. La découverte des nanotubes de carbone est quant à elle due à S. Iijima (NEC, Tsukuba, Japon) qui l'identifie par microscopie électronique dans un sous produit de synthèse des fullerènes. Un nanotube de carbone est un objet tubulaire de dimension nanométrique en diamètre et de longueur micrométrique. Il est constitué d'un feuillet de graphite enroulé sur lui même de façon à former un cylindre fermé aux deux extrémités par deux demi-fullerènes (Figure 1). Depuis, différentes méthodes de synthèse spécifiques ont été mises au point et ont permis l'étude en laboratoire de la structure et des propriétés physiques et chimiques de ces objets. Ces recherches ont pris un essor extraordinaire tant sont spectaculaires à la fois la structure de cet objet et ses propriétés dans différents domaines allant de la mécanique à la nanochimie en passant par la nanoélectronique et les effets de pointe sous champ électrique. Des applications sont même d'ores et déjà à l'ordre du jour. La conférence aura pour objet de présenter l'état actuel des recherches sur les nanotubes et les enjeux pour les développements futurs. Elle se structurera de la façon suivante. Après avoir présenté le nanotube dans la famille des structures du carbone, je décrirai sa structure et son identification structurale et chimique à l'aide de la microscopie électronique en transmission dont je rappellerai le principe de façon simple. Je ferais le point ensuite sur les différentes méthodes de synthèse des nanotubes et sur les modèles qui sont actuellement avancés pour expliquer les mécanismes de formation de ces objets de façon à discuter du problème d'un dispositif de synthèse contrôlée à grande échelle, qui est un des enjeux pour les développements futurs d'applications et l'utilisation du nanotube comme nanomatériau. La dernière partie de l'exposé sera consacré aux propriétés extraordinaires de ces objets de façon à montrer l'intérêt unique que ces objets présentent aussi bien pour les sciences fondamentales que pour les applications. Concernant le développement d'applications potentielles, je m'efforcerai de mettre en relief les défis à relever pour passer de l'objet de laboratoire au nanomatériau et à son utilisation à une échelle macroscopique.

                                                    CONFERENCE                CANAL  U             LIEN

Les nanostructures semi-conductrices.

Lorsqu'un matériau semi-conducteur est structuré à l'échelle du nanomètre ses propriétés électroniques et optiques sont gouvernées par la mécanique quantique. Le puits quantique, formé par une couche mince semi-conductrice d'épaisseur nanométrique, est très communément employé depuis 20 ans pour fabriquer des composants très performants (diodes laser, transistors à gaz d'électrons bidimensionnel). De nombreuses études sont aujourd'hui consacrées aux boîtes quantiques semi-conductrices, nanostructures capables de confiner les électrons à l'échelle du nanomètre dans toutes les directions de l'espace. Après avoir présenté et comparé les principales stratégies permettant de fabriquer ces nano-objets, l'exposé s'attachera à montrer combien leurs propriétés sont originales. Une boîte quantique isolée se comporte par exemple à bien des égards comme un macro-atome artificiel ; cette propriété très intéressante permet de reproduire dans un système solide des expériences d'optique quantique jusque là réalisées avec des systèmes atomiques. Pour conclure, les perspectives d'application très prometteuses des boîtes quantiques dans des domaines aussi variés que l'optoélectronique, les communications quantiques, la micro/nanoélectronique ou la biologie seront brièvement présentées.

                                                 CONFERENCE              CANAL  U             LIEN

Les matériaux intelligents.

Nous avons été habitués aux matériaux traditionnels (bois cuir, laine...) et connu la révolution des matières plastiques et des composites. Voici celle des matériaux intelligents capables de changer de forme, de couleur ou de conductivité en fonction de leur environnement. Les alliages à mémoire de forme, les matériaux piézo-électriques, magnétoscrictifs ou électrorhéologiques connaissent déjà de nombreuses applications. Des exemples en sont donnés dans le domaine de l'aérospatiale, de l'automobile, de la médecine, de la robotique ou du bâtiment. Mais déjà, de nouveaux matériaux intelligents sortent des laboratoires, s'inspirant de plus en plus des propriétés des systèmes biologiques. Grâce aux nanotechnologies, à des outils comme le microscope à effet tunnel ou le microscope à force atomique, il devient possible de les produire par un usinage à l'échelle de l'infiniment petit. On crée notamment des structures supramoléculaires, des polymères conducteurs et semiconducteurs, des textiles intelligents, des membranes sélectives ou des peaux artificielles. Avec de nombreuses applications dans le domaine militaire, dans celui de l'informatique et des microprocesseurs, dans la bioélectronique ou les biocapteurs. Le futur des matériaux intelligents passe par une intégration de plus en plus étroite entre supports physiques et biomatériaux. Le bio-ordinateur à ADN, les nanolabos, les MEMS, ou les biopuces implantables fascinent et inquiètent tout à la fois les scientifiques et le public. Un diaporama présente les avancées les plus récentes dans ces domaines. Les matériaux intelligents du futur ouvrent la voie à des interfaces plus étroites entre l'homme et les machines, conduisant progressivement à l'émergence de " l'homme symbiotique ".

                   CONFERENCE              CANAL  U             LIEN

La gravitation.

Le terme gravitation a une origine relativement récente puisqu'il date du XVIIIème siècle : il a été inventé pour désigner une théorie qui jetait un pont entre les phénomènes terrestres et célestes. Ce pont fut la physique de Newton pendant 250 ans, mais en 1916, ce pont s'est avéré un peu étroit pour canaliser les découvertes de la physique moderne. Il fut donc remplacé par un « Golden Gate Bridge » : la relativité générale d'Einstein.

                                     CONFERENCE                       CANAL  U                  LIEN