Nanosciences et nanotechnologies : le sens de la mesure
Nano-quoi ?
En grec, « nânos » signifie « très petit », « nain ». Par convention, les scientifiques utilisent le préfixe nano- pour exprimer le milliardième dans une unité de mesure. Un nanomètre équivaut ainsi à un milliardième de mètre.
Pour appréhender cette échelle de taille, prenons un cheveu. Il fait environ 0,1 millimètre d’épaisseur. Divisons cette taille par 100.000. Nous avons un nanomètre, ou nm en abrégé.
Pour vous donner une idée, la différence de taille entre un mètre et un nanomètre est la même qu’entre la Terre (notre planète) et… une orange !
(NB : ce n’est pas à l’échelle)
Que peut-on mesurer à cette échelle ?
Une cellule de notre corps ? Trop gros ! Car les cellules font en moyenne 0,01 millimètre, soit 10.000 nm. Il y en a quand même 100.000 milliards dans un corps d’adulte…
Un atome ? Un peu trop petit, mais pas loin. Longtemps considéré comme la plus petite partie de la matière, un atome mesure effectivement moins d’un nanomètre – 0,1 nm pour celui d’hydrogène, le plus petit existant.
Les virus ? Banco ! Ils mesurent entre 10 et 400 nm. L’échelle est pertinente.
(le tristement célèbre virus du SIDA, le VIH – 80-100 nm de taille)
Tout ceci est donc trèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèès petit. Mais vraiment.
C’est au prix Nobel de physique Richard Feynman que l’on doit la première mention du concept, à défaut du mot. Le 29 décembre 1959, il prononce à Caltech un discours intitulé « There’s plenty of room at the bottom : an invitation to enter a new field of physics »
Ce physicien - et vulgarisateur génial ! – imagine alors pouvoir écrire les 24 volumes de l’Encyclopedia Brittanica sur une tête d’épingle, en réduisant le texte 25.000 fois.
https://docs.google.com/document/d/1QLbhI6ys7Y48Lj0otGbOcM7j8L-EE4OonSgGJYI-0Dc/edit
Le mot « nanotechnology » (en anglais) apparaît quant à lui lui en 1974, dans un article du scientifique japonais Norio Taniguchi, « On the basic concept of nanotechnology ».
Et en 1986, l’ingénieur Eric Drexler popularise le mot auprès du grand public dans son livre « Engines of creation : the coming era of nanotechnology », traité alors comme de la science-fiction.
Par convention, les nanosciences étudient les phénomènes à une échelle entre 1 et 100 nanomètres. Et les nanotechnologies sont l’utilisation de ces phénomènes pour des applications concrètes.
Les objets (au sens large) composés à cette échelle microscopique – pardon, nanoscopique sont appelés nanoparticules, qui sont composées de nanomatériaux.
On pourrait penser que ce qui se passe à l’échelle des nanoparticules ressemble à ce qui se passe à notre échelle, un milliard de fois plus petit. Sauf que non.
Les lois de la physique y sont très différentes, à tel point que les scientifiques doivent faire appel à la mécanique quantique - qui est totalement incompréhensible si on en croit les spécialistes ( !).
Mais vous direz : pourquoi s’intéresser à une échelle aussi petite, tellement petite que ce qui s’y passe ne doit avoir aucun effet à notre échelle ?
Parce que ce n’est pas le cas, pardi !
Pour commencer, disons de façon simple que les effets des matériaux sont liés à leur surface. Or à l’échelle nanoscopique, la surface est proportionnellement plus importante qu’à notre échelle. Donc les effets aussi.
Jamy explique cela très bien (à partir de 5’10) : https://www.youtube.com/watch?v=Ur9eqaqbRU8
Dans son exemple, on voit qu’un cube de 2 cm de côté « représente » 24 cm² de surface à notre échelle (en gros, un demi-paquet de kleenex). Mais à l’échelle nanoscopique, cela fait… 48.000 m² ! Soit 5 terrains de foot…
Ainsi, les nanoparticules, donc les « objets » à l’échelle nanoscopique, ont bien des effets à notre échelle, et des effets proportionnellement beaucoup plus puissants – d’où l’intérêt de cette échelle.
Peut-on imaginer des applications pour les nanotechnologies ? Non seulement on imagine, mais on fait déjà.
On fabrique déjà des composants électroniques en nanomètres, et donc des ordinateurs – ou des Smartphones.
On utilise les nanoparticules pour rendre les emballages de produits alimentaires plus étanches, et donc permettre une meilleure conservation du produit emballé.
Votre crème solaire, désormais transparente et plus résistante à l’usage, est faite de nanoparticules.
Enfin, grâce aux nanoparticules, on peut imaginer des traitements contre le cancer beaucoup moins lourds pour les malades. Au lieu d’une chimiothérapie qui impacte tout l’organisme, on pourra viser précisément les cellules malades, et donc limiter les effets secondaires.
La nanotechnologie est récente, et nous manquons donc de recul sur ses effets à moyen et long terme. Et les exemples ci-dessus posent beaucoup de questions, pour l’instant sans réponses.
Les nanoparticules présentes dans nos cosmétiques, dans nos emballages, dans nos produits électroniques, et qui sont plus petites que nos cellules, sont-elles sans danger pour l’organisme ? Pourrons-nous contrôler leur diffusion ?
Songeons que les particules fines sont aujourd’hui clairement identifiées comme cancérigène. Or elles sont de taille microscopique, donc 1.000 fois plus grosses que les particules dites ultra-fines, qui se mesurent en nanomètres…
Le futur Terminator n’aura peut-être pas les 1,88m de muscles d’Arnold Schwarzenegger, mais 100 nm invisibles à l’œil nu…
« Je veux tes cellules, ta santé et ton cerveau... »
Du nano pour nos manuscrits ?
Le 17 novembre 2017 a eu lieu à la Médiathèque l’Apostrophe une journée d’étude intitulée « Les rescapés du feu : l’imagerie scientifique au service des manuscrits de Chartres ».
Au cours de cette journée, les scientifiques Melania Zanetti et Alfonso Zoleo ont présenté les projets de restauration des manuscrits chartrains grâce… aux nanomatériaux.
Cette journée a fait l’objet d’un compte-rendu publié par la Société Archéologique d’Eure-et-Loir – ouvrage disponible à la Médiathèque l’Apostrophe.
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