1. Plate-forme éducative sur les micro- et nanotechnologies, pour les écoles
professionnelles, les écoles d'enseignement secondaire et les
établissements supérieurs spécialisés
Module de notions
fondamentales
Version complète
Swiss Nano-Cube
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 Saint-Gall
Tél. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch
www.swissnanocube.ch

2. 1. «nano» c'est petit, mais à quel
point?
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3. La définition de nano
 Nano est un terme dérivé du grec (nanos = nain)
 1 nanomètre = 1/1‘000‘000e de mm ≈ 3 atomes d'or
100 m = 1,0 =1m (1 mètre)
10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimètre)
10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micron)
10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanomètre)
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4. La dimension nanométrique - Son ordre de
grandeur
Source: Fonds de l'Industrie Chimique FIC - Série de diapos
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5. La dimension nanométrique - Son ordre
de grandeur
Court-métrage classique de Charles et Ray Eames tourné en 1977
Source: http://www.powersof10.com/
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6. La dimension nanométrique - Son ordre
de grandeur
Site Web «Scale of the Universe»
Source: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/
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7. La dimension nanométrique - Rapports
dimensionnels
 Rapport Terre/ballon de foot = Rapport ballon de
foot/fullerène
Source: Université de Mayence Source: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp
Source: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.
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8. 2. Définitions
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9. En quoi consistent les
nanotechnologies?
Les nanotechnologies...
... incluent la recherche et le développement technique dans le domaine
compris entre 1 et 100 nanomètres (nm)
... génèrent des structures et se servent de structures qui en raison de leur
taille présentent des propriétés entièrement nouvelles
... reposent sur la faculté de contrôler et de manipuler à l'échelle de
l'atome
... synthétisent ces domaines classiques que sont la chimie, la physique et
la biologie
Source: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html
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10. Synthétiser des disciplines
Chimie physique
Sciences de la matière
Microélectronique/Mécatronique
Physique
Physique Chimie
Chimie
Nano-
technologies
Biophysique Biochimie
Biologie
Techniques médicales Pharmacie
Physique médicale Diagnostic
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11. Qu’est-ce qu’un nanomatériau ?
 Matériaux nanostructurés
(Structure interne ou structure superficielle à l'échelle nanométrique)
 Nano-objets
CEN ISO/TS 27687
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12. Exemples
Nanoparticule Nanotube de carbone à Cristal photonique
(oxyde de zinc) plusieurs parois
Couche Surface limite Puce (AMD K8)
Taille de la structure Aérogel
≤ 130 nm (corps solides d'une haute
porosité)
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13. 3. Fabrication
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14. D'où viennent les nanoparticules?
 Nanoparticules d'origine naturelle
− Éruptions volcaniques
− Feux de forêts
− Tempêtes de sable
 Nanoparticules engendrées par l'homme
− Tabagie
− Circulation (véhicules diesel)
− Industrie
 Fabrication industrielle de nanostructures
− Top-down (de haut en bas)
− Bottom-up (de bas en haut)
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15. Génération de nanostructures
de l'arbre
Top-down: «de haut en bas»
Génération de structures à l'échelle nanométrique par
rapetissement ou par usinage ultraprécis.
Procédés
Broyage de poudre avec des moulins à billes
 Procédés de gravure (photolithographie)
à la planche
 Structuration avec des faisceaux d'électrons ou d'ions
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16. Génération de nanostructures
de la plantule
Bottom-up «de bas en haut»
Formation, souvent auto-organisée (auto-assemblage),
de structures complexes composées d'atomes ou de
molécules individuel(le)s
Procédé:
 Procédé sol-gel
 Synthèse en phase gazeuse vers l'arbre
 Séparation chimique en phase gazeuse (chemical
vapor deposition, CVD)
 Séparation physique en phase gazeuse (physical
vaport deposition, PVD)
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17. 4. Pourquoi «nano»?
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18. Propriétés nouvelles
 Les nanomatériaux présentent de «nouvelles» propriétés.
 L'aluminium par exemple:
− La feuille d'aluminium est chimiquement très stable, donc très peu
réactive.
− Inversement, les nanoparticules d'aluminium brûlent de manière
explosive et s'utilisent comme carburant de fusée.
−
Source: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html
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19. Propriétés nouvelles
Verre doré de teinte rouge rubis au
Moyen-Âge
Pour fabriquer autrefois le verre doré de teinte rouge rubis, on rajoutait au
mélange de verre initial de la poudre d'or finement dispersée.
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20. Nano-effets
Nouvelles propriétés en tant qu'effets des nanotechnologies
 Propriétés liées aux dimensions (par exemple celles des nanocarriers
utilisés en médecine).
 Superhydrophobie (par exemple l'effet lotus)
 Haute surface spécifique: Réactivité accrue (par exemple le fer
pyrophore)
 Robustesse mécanique améliorée (par exemple les CNT)
 Propriétés électriques & thermiques modifiées (idem)
 Propriétés optiques modifiées (par exemple le nano-or, les cristaux
liquides)
 Superparamagnétisme (par exemple les ferrofluides)
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21. 5. L'univers «nano» au quotidien
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22. Les nanotechnologies dans les
produits grand public
TiO2 comme protection anti-UV: SiO2 comme additif pour
Nanoparticules dans les crèmes laques et peintures
solaires et les cosmétiques inrayables
Nano-argent (effet antimicrobien Nanotubes de carbone (CNT)
& inhibition des odeurs) intégrés dans un matériau cadre
pour accroître la robustesse
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23. Les nanotechnologies dans les
produits grand public
1 317 produits
(Mars 2011)
Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
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24. Les nanotechnologies dans les
produits grand public
565 produits
(Mars 2011)
Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/
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25. Quiz du loft nanorama
www.swissnanocube.ch/nanorama
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26. 6. Domaines d'application
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27. Applications importantes
Énergie Produits de Automobile
consommation
Domaines
d'application
Informatique,
industrie électr. Industrie du
BTP
Chimie Médecine
Optique Environnement
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28. 7. L'univers nano dans la Nature
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29. Plus jamais sale
ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.
 «L'autonettoyage» des feuilles de
lotus repose sur la micro- et la
nanostructuration de leur surface.
 Les gouttes d'eau perlent dessus et
emportent des particules sales en
quittant la feuille.
 Microstructures incluant des
nanocristaux de cire à la
surface de la feuille
(microscope électronique à
balayage)
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30. Plus jamais sale
ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.
 Vidéo illustrant l'effet lotus
 Utilisation de cet effet par exemple dans les peintures pour façade
(Lotusan)
Source: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw
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31. Adhésion sans colle
ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.
 Les structures adhésives se composent de poils fins (env. 200
nm de diamètre)
 Les poils fins garantissent que le bout du doigt épouse de façon
optimale les irrégularités de toute surface support
 Ce sont les forces dites de Van der Waals qui assurent
l'adhérence; elles reposent sur des décalages de charge dans les
atomes.
Source: www.uni-saarland.de; photo : S. Gorb, Institut MPI de recherche sur les métaux, Stuttgart
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32. Adhésion sans colle
ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.
 Les geckos parviennent à adhérer contre pratiquement toutes les
surfaces.
 Et pour supprimer à nouveau le contact, ils «déroulent» leurs
doigts.
Source: www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Didaktik/Bionik.html
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