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Posté par Michel le Jeudi 27/10/2011 à 00:00
Nanoparticules et ADN explosifs: sources d'énergie
Un explosif solide à la densité d'énergie équivalente à la nitroglycérine: c'est le matériau composite que viennent d'élaborer des chercheurs toulousains du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (CNRS), en collaboration avec le Centre interuniversitaire 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 métonymique, la recherche scientifique...) et d'ingénierie des matériaux (Université Toulouse 3 / INP Toulouse / CNRS), à l'aide d'un procédé de fabrication innovant, qui met en contact des nanoparticules avec des brins d'ADN. Les brins jouent le rôle de « mécanos » qui assemblent entre elles les différentes variétés de nanoparticules utilisées. Le nouvel explosif (Un explosif est un composé chimique défini ou un mélange de corps susceptibles lors de leur transformation, de dégager en un temps très court, un grand volume de gaz...) possède une énergie dégagée et une température d'initiation thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...) parmi les meilleures connues 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...) dans la littérature. Il pourrait servir de source d'énergie pour alimenter, dans l'espace ou dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la...), des microsystèmes embarqués. Cette innovation fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui...) d'une publication qui vient d'être publiée en ligne sur le site de la revue Advanced Functional Materials.

Des nanoparticules d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) et d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses...), tels sont les deux ingrédients de base du matériau composite. L'idée d'associer de l'aluminium et de l'oxyde de cuivre pour produire de l'énergie n'est pas nouvelle (les deux servaient autrefois à souder les voies ferrées), mais celle de recourir à des brins d'ADN pour les marier l'est. Pourquoi choisir l'ADN ? Deux brins d'ADN complémentaires (c'est-à-dire dont les molécules sont capables de se reconnaître) s'auto-assemblent en structure de double hélice, puis restent solidement collés entre eux, comme dans toutes les cellules de notre corps. Les chercheurs ont mis à profit ces propriétés « collantes » de l'ADN. Ils ont d'abord greffé séparément des brins d'ADN sur des billes nanoscopiques d'aluminium et d'oxyde de cuivre. Puis ils ont mélangé ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) les deux types de nanoparticules coiffées de brins d'ADN. Résultat, les brins complémentaires de chaque type de nanoparticules se sont liés, transformant la poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre (100 µm).) d'aluminium et d'oxyde de cuivre originelle en un matériau compact et solide qui s'enflamme spontanément une fois chauffé à 410°C (la température spontanée de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une...) se révèle parmi les plus faibles connues à ce jour dans la littérature).

Outre une faible température d'initiation de combustion, ce composite offre également l'avantage d'une haute densité énergétique, semblable à celle de la nitroglycérine: à même quantité de matière, il produit considérablement plus de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) qu'avec de l'aluminium et de l'oxyde de cuivre pris séparément. En effet, dans cette dernière situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu...), une part non négligeable d'énergie n'est pas exploitée. En revanche, l'utilisation de nanoparticules, grâce à leur grande surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) active, a permis aux chercheurs de se rapprocher de l'énergie maximum théorique de la réaction chimique qui produit la chaleur.

Sa densité énergétique élevée fait de ce composite un combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la...) de choix pour les nano-satellites, ces satellites (Satellite peut faire référence à :) de quelques kilos qui commencent à peupler l'espace. Trop légers, ils ne peuvent être équipés d'un mode de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice...) conventionnel une fois en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.). Munis de quelques centaines de grammes du composite, les nano-satellites auraient suffisamment d'énergie pour corriger leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) ou leur orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des...).

Sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...), les applications de ce composite sont nombreuses: inflammateur de 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...) dans des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une...) à combustion ou de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) dans des tuyères d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le...) et de fusée, détonateur miniature de charges, outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par...) de soudure localisée... Une fois sa chaleur transformée en énergie électrique, le composite pourrait aussi servir de source d'énergie d'appoint pour des microsystèmes (comme des détecteurs de pollutions placés dans la nature).

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Source: CNRS