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Posté par Michel le Mercredi 14/11/2007 à 00:00
Construire des nanoparticules atome par atome
Contrôler la formation des nanoparticules à l'atome près, tel est le défi que viennent de relever des chercheurs du laboratoire "Collisions, agrégats, réactivité" à Toulouse. Mieux, en parvenant à coller, un à un, des atomes de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur dans la...) sur un agrégat, ils ont invalidé le modèle dit des « sphères dures », modèle le plus couramment utilisé à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) pour décrire les collisions entre molécules. Publiés le 9 novembre dans la revue Physical Review Letters, ces travaux pourraient, appliqués à l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), éclairer le processus de formation des gouttelettes et, plus largement, des nuages.

Phénomène fort répandu dans la nature, la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou liquide). On peut...) d'un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) en gouttelettes demeure un processus mal compris et mal décrit. Il intervient par exemple lors de la formation de nuages de haute altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...), qui influencent grandement le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) terrestre. Seule certitude aujourd'hui: le stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) initial de la condensation, lorsque la gouttelette contient au maximum quelques dizaines de molécules, est crucial. Paradoxalement, il s'agit de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) la moins bien décrite par les théories. De plus, certains paramètres essentiels, comme la probabilité qu'une molécule supplémentaire puisse se coller à une gouttelette, n'ont jamais été mesurés.

Contrôler avec précision la croissance des nanoparticules était donc une nécessité. Cette prouesse expérimentale vient d'être accomplie par l'équipe Agrégats du laboratoire toulousain "Collisions, agrégats, réactivité" (CNRS / Université Toulouse 3), dont font notamment partie Sébastien Zamith et Jean-Marc L'Hermite, tous deux chargés de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public...). Leur performance est d'avoir réussi à faire grossir, à volonté, des agrégats dont la taille est elle-même sélectionnée à l'unité près. Principale difficulté de l'expérience: réaliser un "atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions...) en douceur" de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) sur l'agrégat. En effet, en cas de collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) trop violente, l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite...) provoque l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz....) de l'agrégat.

Et les premiers résultats ne se sont pas fait attendre. En collant un à un des atomes de sodium sur un agrégat de même nature, les chercheurs ont mesuré la probabilité de collage d'un atome en fonction de la taille de l'agrégat. À leur grande surprise, ces mesures ont infirmé le modèle dit des « sphères dures » dans lequel cette probabilité est proportionnelle à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de l'agrégat. L'équipe a ainsi mis en évidence que ce modèle est uniquement valable pour les très grandes surfaces. Pour les agrégats de petite taille, la probabilité de collage dépend fortement de l'énergie de collision. De façon plus surprenante, au-delà d'une certaine énergie de collision, il a été mesuré une probabilité de collage plus petite que celle prédite par le modèle des sphères dures. Cette propriété est attribuée aux électrons de l'agrégat qui jouent sans nul doute un rôle important, mais jusqu'ici négligé, dans le phénomène de collage.

Transposable à de nombreux autres systèmes, cette expérience livre quelques paramètres essentiels de la phase initiale du processus de formation des nanoparticules. Elle devrait permettre de mieux comprendre certains aspects de la formation des nuages de haute altitude, comme les cirrus stratosphériques, dont l'influence sur le climat terrestre est considérable.

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Source: CNRS
Illustration: Wikipedia