Des peintures inusables. Des fibres ultrarésistantes. Des implants qui restaurent l'ouie et la vue. Des ordinateurs moléculaires. Des médicaments fabriqués sur mesure. Des nerfs qui se réparent tout seuls. Des robots qui patrouillent le corps humain en permanence à la recherche de cellules malades. Bienvenue dans le nanomonde, le monde insolite des atomes et des molécules. Bienvenue aussi dans la nanotechnologie, qui entend utiliser massivement ces ingrédients de base, sans lesquels il n'y aurait pas d'univers, et encore moins de vie. C'est l'ultime frontière. Ici, la science-fiction devient réalité.


La chasse aux atomes

Pour se lancer dans la chasse aux atomes, on a inventé, il y a tout juste 20 ans, une nouvelle gamme d'outils remarquables.

Professeur au département de physique à l'Université McGill de Montréal, Peter Grütter, lui, n'a qu'un but en tête : aller au cœur de la matière. Mieux encore, la manipuler. Car c'est maintenant possible.

« L'une des difficultés, c'est que les atomes sont tellement petits! Alors ce n'est pas facile de les bouger ou de les positionner comme on le veut. » - Peter Grütter, professeur au Département de physique, Université McGill

Imaginez! Il y a autant de différence entre un atome et une balle de ping-pong qu'entre cette même balle de ping-pong et la Terre! L'unité de calcul dont on se sert pour mesurer les atomes est le mètre divisé par un milliard. Ce milliardième de mètre, on l'appelle « nanomètre ». Dans un nanomètre, il y a juste assez de place pour quatre atomes, coude à coude.

Par comparaison... Par comparaison, le virus de l'influenza, la plus petite structure biologique fonctionnelle, fait 100 nanomètres. La bactérie E-Coli : 1000 nanomètres. À 10 000 nanomètres, un globule blanc est énorme. Un simple cheveu fait 100 000 nanomètres. Enfin, une mine de crayon mesure un million de nanomètres. L'observation et la manipulation de l'atome et des molécules relèvent donc de l'exploit!

Ce qui fascine les chercheurs qui explorent l'infiniment petit, c'est qu'à cette échelle, les lois de la physique classique ne jouent plus. Les matériaux présentent de nouvelles propriétés imprévues uniquement à cause de leur taille réduite. Couleur, force, résistance, conductivité électrique, chaleur, réactivité chimique : tout est différent! Un exemple parmi bien d'autres : l'abalone, un gros coquillage extrêmement résistant. Pourtant, on y trouve les mêmes composés de calcium et de protéines que dans la craie de tableau, si friable. La différence de rigidité résulte tout simplement de l'alignement des atomes.

Découvrir et apprivoiser ces propriétés uniques est au cœur même de toute la recherche en nanoscience. De la physique à la chimie, en passant par la biologie, l'électronique et l'ingénierie, la nanotechnologie trouvera des applications dans toutes les sphères de l'activité humaine.

Industrie : place à la métallurgie de l'avenir

Au Centre de recherche national de Boucherville, les techniciens de l'entreprise Minutia s'apprêtent à modifier le comportement d'un lingot d'aluminium. Pour cela, une petite pastille, constituée de cristaux de bore, dont les grains font tout juste quelques nanomètres. Cet additif, appelé affineur de grains, produit un effet saisissant sur la structure de l'aluminium, qui devient alors plus dense. Résultat : résistance accrue et, pour le même poids, propriétés mécaniques renforcées. Après la coulée, on coupe le lingot et on le teste à l'acide. La différence entre l'aluminium traité avec un affineur conventionnel et l'affineur nanométrique saute aux yeux!

Le président-fondateur du Groupe Minutia, Sabin Boily, se dit très encouragé par ces expériences.

« On peut réduire par exemple la taille d'une pièce. [...] Si on parle d'une pièce automobile, on peut donc augmenter son efficacité, et ainsi réduire la consommation d'énergie, la consommation de carburant. Ou même penser de réduire la puissance des moteurs, si une voiture est plus légère, par exemple. »

Le secteur de l'aluminium est névralgique pour le Québec. Un métal à la fois plus résistant et plus léger pourrait le rendre encore plus compétitif. « Ça touche l'ensemble des industries, que ce soit les bateaux, les avions, les automobiles, que ce soit tous les outils de la vie courante. [...] On peut penser réduire les épaisseurs [...] et améliorer les propriétés », précise M. Boily.


Les aérogels

Imperméables, ignifuges, isolants, les aérogels vont révolutionner l'industrie de la construction domiciliaire, entre autres. L'industrie mise aussi sur les aérogels créés dans les laboratoires de l'Institut national de recherche scientifique à Varennes.

	Ce petit carré de polymère transparent très léger offre le même facteur d'isolation qu'une laine minérale de 35 centimètres d'épaisseur.
	En 1997, la NASA avait employé un produit semblable pour protéger Sojourner lors de son escapade martienne. Un aérogel de quelques grammes avait ainsi remplacé deux kilos d'isolants!

 

 

 

 

 

C'est grâce à leurs innombrables pores à dimension nanométrique que les aérogels peuvent offrir de telles propriétés. Mais pour l'instant, ces matériaux exotiques sont hors de prix.

Les nanotubes de carbone

Autre grande vedette de la nanotechnologie : les nanotubes de carbone. Benoît Simard, du Centre national de recherche du Canada à Ottawa, fonde beaucoup d'espoir sur ces longues fibres creuses dont le diamètre ne fait que quelques nanomètres. On fabrique les nanotubes en décomposant du graphite, très semblable à celui qu'on trouve dans une mine de crayon. Chauffé par un laser, le graphite se ramasse tout au bout du tube de verre, à l'extrémité de la machine. À première vue, on dirait de la suie, bien sale et bien noire. Même mise en bouteille, on ne voit toujours rien de très affriolant. Pourtant, ici, il y a des milliards de nanotubes!

La particularité des nanotubes réside dans leur structure microscopique. Tous les atomes sont parfaitement attachés les uns aux autres. Ils forment ainsi de petites cavités qui pourraient servir de réservoir pour stocker des médicaments, des gaz ou encore des liquides.

À grosseur égale, les nanotubes sont au moins 50 fois plus forts et élastiques que l'acier. On pense donc les utiliser pour renforcer différents matériaux, comme les polymères, les céramiques ou encore les ciments qui, tout en offrant la même résistance, seraient 10 fois moins épais. Et ce n'est pas tout...

« Si on réussit par exemple à faire des fils avec des nanotubes [...] on peut penser faire des habits militaires par exemple, des vestes pare-balles ou des [produits] conducteurs et avoir des habits complètement chauffés avec une petite batterie qui permettrait de sortir à l'extérieur avec ta chemise sans geler : bref, les applications, ça dépasse quasiment l'imagination! »
- Benoît Simard, Centre national de recherche du Canada à Ottawa


Les nanotubes sont si formidables qu'il y a même des visionnaires qui veulent en faire un câble d'ascenseur pour la troposphère. Finies les navettes spatiales! Mais avant de rêver, il reste quelques petits problèmes à régler, tels que leur coût! À 1500 dollars le gramme, les nanotubes sont plus chers que l'or. Il faut donc apprendre à les produire en grande quantité, de façon à pouvoir rencontrer les besoins de l'industrie. Et à ce sujet, il y en a encore pour quelques années de recherche.

Mais après, attention! Grâce à des machines à tricoter les nanotubes, comme celle que Benoît Simard et son équipe mettent au point, le domaine de l'électronique sera lui aussi frappé de plein fouet.

Journaliste : Mario Masson Réalisatrice : Jeannita Richard

Curieux d'en savoir plus sur ce reportage? Nous vous présenterons un dossier sur la nanotechnologie très bientôt! * Il nous est impossible de vous présenter la version vidéo de ce reportage en raison de droits. Veuillez nous en excuser.

Pour en savoir plus :

Nanotechnologie et nanosciences
Fiche d'information, Conseil national de recherches Canada.

La nanotechnologie
Définitions, liste de chercheurs canadiens, sociétés actives dans le domaine, etc.
Industrie Canada

Groupe Minutia
Portrait de l'entreprise
Site Nouvelles Tendances En Management