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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...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) (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...) possède une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) dégagée et une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) 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 vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...), 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 a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il...) 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...) 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 surfaces fraîches une teinte rosée à pêche. C'est un...), tels sont les deux ingrédients de base du matériau composite (Le matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles (mais ayant une forte capacité d'adhésion). Le nouveau matériau ainsi constitué...). 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 (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.), 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 tout », comme...) 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...) d'aluminium et d'oxyde de cuivre originelle en un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et...) 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 explosion.) 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 (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et...) énergétique, semblable à celle de la nitroglycérine: à même quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.), 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 dans un cadre plus général afin de le...), 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...) 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)...) 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 l'énergie fournie par le milieu extérieur ou par un...) 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 points cardinaux (nord de la boussole) ;).

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...), 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 pas de forme propre ni de volume...) dans des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) 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,...) et de fusée (Fusée peut faire référence à :), détonateur (Le détonateur est un élément de la chaîne explosive dont le rôle consiste à produire, au départ d'un courant électrique ou d'une...) 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 la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation de ces...) de soudure localisée... Une fois sa chaleur transformée en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la...), 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