Interview

Nous avons interviewé des chercheurs spécialisés dans les nanotubes de carbone . Nous avons Madame Périne Landois maître de conférences chez Université Montpellier 2 spécialisée dans l'analyses in situ de la croissance de nanotubes de carbone et de la Synthèse, fonctionnalisation et impact sur l'environnement de nanotubes de carbone. Nous avons aussi Chris Ewel chercheurs anglais dans la  modélisations  informatique des nanotubes de carbone à Nantes et Mathieu Kociak spécialisé en microscopie à l'université d'Orsay paris sud.

-Bonjour, en tant qu'élèves de 1ere S au lycée Turgot , nous nous posons certaines questions quant aux nanotubes de carbone dans le cardre de notre T.P.E portant sur le même sujet. Vous avez accepté de nous aider . Voici la premiere questions . Quelles sont les plus fréquentes applications des nanotubes de carbone ?

Mr.Kociak : A ma connaissance, dans le domaine industriel, la principale application est le renfort de matériau : on met un peu de nanotubes dans un autre matériau pour le renforcer.
Dans le domaine académique (la recherche), les nanotubes sont exploités maintenant moins pour eux-mêmes (on connait bien leurs propriétés de base), que comme "terrain de jeux" pour tester d'autres effets ou théorie - par exemple, confiner de l'eau dans des nanotubes permets de comprendre comment l'eau se comporte quand elle n'est constituée plus que de quelques molécules.

Mme Landois: Oui, les nanotubes de carbone (NTC) se retrouvent dans des applications :
- de renforcement mécanique (améliorer par exemple la résistance mécanique d'un matériau par l'ajout de NTC dans celui ci), et aussi
- d'allègement de la masse d'un objet .
Mr.Ewels: Extactement ainsi pour les equipements sportif (tres leger), dans l'electronique pour sortir le chaleur, dans les voitures pour rendre les tuyau en caoutchouc conductrice.

-Peut-on alors trouver ces nanotubes dans le commerce ?

Mr.Kociak: Oui. Taper "carbone nanotube" sur google, vous verrez même apparaître des pubs pour nanotubes.

Mme Landois: Oui. Vous avez des entreprises qui vendent des NTC comme Arkéma en France.
Vous pouvez aussi trouver dans le commerce des objets de la vie courante qui peuvent contenir des NTC comme la dit Mr Ewels dans des equimpements sprotifs comme les cadres de velos ou les raquettes de tennis.

Mr.Ewels: On peut les acheter, par exemple ici sur le site "nanocyl.com"

- Y a t-il des applications différentes selon le type de nanotube (multifeuillet ou monofeuillet) ?


Mme Landois: Actuellement, on joue plus sur la quantité de NTC à incorporer pour par exemple renforcer un matériau.
L'objectif serait en effet d'utiliser des NTC bien précis :en termes de nombre de parois, de diamètre, de longueur, en fonction des applications.
Certaines applications ne nécessitent pas forcément un type de NTC en particulier par exemple pour un renforcement mécanique, du moins à ce jour.

Mr.Ewels: Oui, de plus les multifeuillet sont moins cher, monofeuillet sont soit metallique soit semi-conducteur cela est plusintéressant pour le nanoelectronique.

Mr.Kociak: Les propriétés physiques des monofeuillets sont différentes des multifeuillets. En particulier, chaque nanotube de carbone peut être soit métallique :comme un fil de cuivre, soit semi-conducteur :comme le silicium dans les composants électroniques, et donc en gros soit laisser passer le courant, soit ne pas laisser passer le courant. De même, en fonction de sa structure, un nanotube monofeuillet peut avoir une "couleur " (c est -à-dire absorber la lumière à une longueur d'onde donnée) différente. Si "on" emboîte des NTC monofeuillets ensemble pour former un multifeuillet, les propriétés de ce multifeuillet seront un mélange des propriétés des monofeuillets. Pour certaines applications où les propriétés spécifiques des monofeuillets veulent être conservées (si vous voulez par exemple faire un transistor à nanotube), on préféra utiliser des monofeuillets. Mais les monofeuillets sont plus durs à produire, et comme chacun d'entre eux à des propriétés différentes, cela rend leur utilisation difficiles. Si on peut utiliser des multifeuillets, dans le cas ou le "mélange" des propriétés n'est pas un problème, par exemple le renfort de matériaux, on le fera !

-Pouvez-vous nous eclaier sur les domaines dans lesquels sont utilisés les nanotubes ?

Mr.Kociak:  Cela dépend du mot "utiliser", mais disons que les domaines où les NT ont des propriétés interessantes sont les suivantes. Electronique, optique, mécanique, thermique.


Mme Landois:  Les NTC sont utilisés dans des domaines variés : l'automobile, les peintures, l'équipement sportif et bien sur en recherche.

Et procédez-vous a des synthétisation de nanotubes de carbone ? Si oui , lesquels utilisez-vous ?

Mme Landois: J'ai procédé à deux types de synthèse de NTC :
- à partir d'une poudre de catalyseur sur laquelle est venue interagir un gaz à base d'atomes de Carbone (on peut ici faire un parallèle pour comprendre cette méthode avec la pousse d'un brin à partir d'une graine en présence d'engrais, avec graine = poudre de catalyseur, engrais = atomes de C et herbe = NTC). Cette voie de synthèse est communément appelé CCVD (dépôt chimique catalytique en phase vapeur).
- à partir d'un liquide qui contient les atomes de Carbone et des atomes "catalytiques" et qui vont réagir ensemble pour former des NTC. Cette voie est dite CCVD assistée par un aérosol (du fait de la présence d'un liquide).

Mr.Kociak: Non moi je ne synthésite pas de NTC . Mais nous avons des Travaux Pratiques où des étudiants font des NTC, avec la méthode de l'arc électrique.

-Et vous monsieur Ewels ?

Mr.Ewels : Moi non plus je fais le modelisation alors je ne touche pas les vrais nanotubes ! Juste les nanotubes virtuelle.

-Quelles sont les différences majeures entre le graphite, diamant et les nanotubes de carbone ?

Mr.Kociak: Alors, ils sont tous constitués d'atomes de carbone (C) mais disposés de façon différentes.
Ainsi, ils n'ont pas la même structure: le graphite est un formée de couche d'atomes de carbone, chaque couche étant un réseau en forme de nid d'abeille, avec un atome C à chaque coin des hexagones; les NTC monofeuillet sont formés d'une de ces couches, mais enroulées sur elle-meême pour faire un tube, le diamant lui a une structure tridimensionnelle.
Le diamant est isolant, le graphite un semi-métal, les NTC, suivant leur structure, métallique ou semi-conducteurs.

Mr.Ewels : L'arrangement des liasons entre les atomes de carbone , le diamant dont chaque carbone lié à 4 atome voisins, or le graphite est lié a trois atomes voisins seulement. Les NTC c'est comme une du graphite enroullé en monofeuillet.

Mme Landois: Exactement ,Les différences qu'ils existent sont de 2 formes principalement :
1/ Les liaisons entre les atomes de Carbone ne sont pas les mêmes dans les matériaux cités. Le graphite et les NTC ont une coordinence 3 du carbone c'est à dire qu'un atome de C est lié à 3 autres atomes de C. Dans le diamant, le C a une coordinence de 4, c'est à dire qu'un atome de C est lié à 4 autres atomes de C.
2/ Ensuite il y a aussi une différence morphologique avec les NTC qui on une forme de tube que n'ont pas le graphite et le diamant.

- Et donc pourquoi le carbone fait trois liaisons et pas quatre dans la structure du nanotubes de carbone ?

Mme Landois: Le fait qu'un atome de C soit lié à 3 autres atomes de C signifie qu'il reste des électrons qui ne forment pas cette 4ème liaison comme dans le diamant. Ces électrons se retrouvent donc pus ou moins libre, et donc on représente des NTC par des cycles benzéniques avec ces électrons pouvant évoluer le long du NTC. Cette caractéristique est à l'origine de certaines des propriétés des NTC.

Mr.Ewels : Ce n'est pas vrai, il fait 4 liaisons. Il fais 3 dans le couche, mais il y a une quatrieme, mais l'electron est distribué partout sur les surfaces de couche de carbone. Il s'appelle une liason type 'pi', les liasons directe entre deux atomes de carbone s'appelle les liasons type 'sigma' (tu va la voir plus tard en chimie!) .

-La conductivité thermique des nanotubes de carbone est-elle dû uniquement au liaisons van der waals entre les parois ?

Mr.Kociak: Les CNTS mono sont d'excellents conducteurs thermiques; Si on les emboite pour faire des multiparois, alors on pourrait penser que l'interaction entre parois pourrait dégrader cette propriété. manifestement, ce n'est pas le cas, car les parois n'interragissent pas beacuoup entre elles (les interactions entre parois sont faibles, effectivement de type vand der Walls). Voilà ce que j'en connais .

Mme Landois:Elles y contribuent en effet. Mais il n'y a pas que cela qui intervient. Les caractéristiques morphologiques des NTC sont également impliquées.

-Et La conductivité électrique des nanotubes de carbone est-elle dû uniquement à l'électron libre ?

Mme Landois: Votre notion d'électron libre est délicate attention à la formulation.
Je pense que vous parlez de l'électrons suite à une coordinence de 3 et non de 4 dans les NTC. Les propriétés électriques découlent majoritairement de la mobilité de ces électrons. On peut facilement imaginer que si les électrons rencontrent des "poussières" ou que la structure du NTC présente des défauts alors les propriétés électriques vont être altérées. Donc attention à la différence entre théorie et réalité.

Mr.Ewels : C'est du au quatrieme electron, voir question 7

Mr.Kociak: Euh... en fait, par définition, si on veut un bon conducteur, il faut des électrons libres (pour un nanotube comme pour, disons, du cuivre...)

-La taille des nanotubes de carbone en fait-elle un risque majeur ?

Mme Landois : De nombreuses études sont menées à ce jour pour tester les POTENTIELS effets des NTC. Il existe de nombreux types de NTC qui ont des caractéristiques bien différentes en termes de longueur, diamètre, nombre de paroi, qualité structurale. Il est donc indispensable d'étudier tout ceci avant de pouvoir en tirer des conclusions. Ce qui semble ressortir à ce jour c'est que la longueur des NTC pourrait être un paramètre clé dans ces études. Des NTC courts ont été injectés à des souris et ces NTC ont pu être retrouvé dans les urines des animaux signifiant ainsi qu'un relargage des NTC était possible. Le relargage des NTC longs est donc plus complexe.
Des études portent aussi sur des NTC modifiés chimiquement et donc qui ne présentent pas la même interaction entre les tissus/cellules du fait de la présence de fonctions bien particulière sur ces NTC.

Mr.Kociak: D'une façon générale, les très petites tailles de nanoparticules (dont font partie les nanotubes) peut être problématique, si on n'a pas de système adapté pour les détecter en cas de dissémination vers le grand public. Mais c'est liée plutôt au fait qu'on s'interesse à des très petites tailles - il y a de nombreuses sources de nanoparticules non artificielle avec lesquelles l'homme a vécu des millénaires sans s'en rendre compte...; mais c'est un problème général qui est trop sérieux pour être discuter en deux lignes...

 Y a t-il finalement un lien entre les nanotubes de carbone et les agent cancérigènes ? Si oui,quels en sont les facteurs cancérigènes ?

Mme Landois: Les NTC ne sont pas classés comme agents cancérigènes.

Mr.Ewels : Bonne question !

Mr.Kociak: Je ne suis pas la bonne personne pour les prb de toxicologie, désolé

- Les nanotubes de carbone peuvent-ils nuire à l'environnement ?

Mme Landois: Il faut d'abord se poser la question de comment les NTC peuvent-ils arriver dans l'environnement et sous quelle forme. De ces questions vont dériver des notions de quantité de NTC que l'on peut retrouver. Par exemple, suite à une erreur dans une usine de production de NTC, la quantité de NTC relarguée peut être grande (de nombreuses sécurités sont prévues à cet effet dans les entreprises pour éviter au maximum ces "fuites"); par contre l'usure d'un pneu qui contient des NTC, ne rejettent pas directement des NTC mais des NTC dans un polymère composant le pneu.
Le milieu aquatique est un milieu clé pour mener ces études, en effet c'est un lieu de passage des pollutions : à un moment ou à un autre le matériau est à contact avec l'eau.
Des études ont été menées et sont toujours en cours sur cette question importante vis à vis de l'environnement. ce qui ressort à ce jour, c'est que pour faire apparaitre des effets sur l'environnement il faut de grande quantité de NTC, ce qui est peu réaliste. De plus, cette grande quantité n'implique pas les NTC directement par leurs propriétés intrinsèques mais implique l'effet de masse (comme tout autre matériau).

- Y a t-il des similitudes entre les nanotubes de carbone et l’amiante ? Si oui lesquelles ?

Mme Landois La seule similitude possible est le fait qu'il s'agisse de matériau "fibreux".
Aucune autre similitude n'est à ce jour démontrée catégoriquement.

Mr.Kociak: idem! Tout ce que je sais pour les points 11 et 12, c'est qu'il s'agit de sujets d'étude et de recherche, alors je dirais " on ne sait pas encore"!


-Et pour finir, selon vous, qu'elle est la meilleure méthode d'obtention au niveau du prix ? Au niveau d'un résultat rentable ?

Mme Landois: La méthode la plus rentable au niveau financier est la méthode CVD (voir plus haut pour sa description)

Mr.Ewels :Voir les vidéos en youtube, je pense que c'est le 'CVD' - technique de déposition par
vapeur chimique.

Mr.Kociak: si résultat rentable veut dire "qualité", je pense que les meilleures méthodes sont soit l'arc électrique, soit les techniques de croissance dans l'eau.Sinon, pour les production indutrielles, je pense que les voies purement chimiques sont les meilleures.

Très bien , merci beaucoup d'avoir prit le temps de répondre à nos questions et de contribuer à l'acheminement de nos recherches.

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