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Posté par Michel le Mercredi 18/01/2012 à 12:00
Les propriétés catalytiques de l'infiniment petit
Marty-Kanatakhatsus Meunier - Université de Sherbrooke

Le professeur Nadi Braidy : microscopie électronique des nanoparticules catalytiques épuisées. À droite, une image de microscope électronique en transmission des nanoparticules d'environ 30 nm de diamètre en perte d'activité. À gauche, une carte chimique obtenue par spectroscopie en perte d'énergie des électrons de la même région montrant la distribution spatiale de carbures et d'oxydes de fer, à la même échelle.
Photo: Martin Blache
Les chimistes des 19e et 20e siècles ont démontré que la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en...) s'effectuait à la 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 abusivement confondu...) des particules, et c'est en ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) qu'ils les ont fragmentées encore plus afin d'en augmenter les apports bénéfiques. Le professeur Nadi Braidy, du Département de génie chimique et de génie biotechnologique de l'Université canadienne de Sherbrooke, explore la synthèse et la caractérisation de nouveaux assemblages de nanomatériaux et des pistes nanotechnologiques innovatrices capables d'améliorer la productivité et la qualité des produits de réaction chimique. Nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de ces réactions visent à réduire ou à éliminer les sources de polluants atmosphériques ou les odeurs désagréables émises par des réacteurs ou des cheminées.

Parmi les produits manufacturés, 90 % sont le résultat d'une catalyse. Il est donc essentiel d'avoir les outils nécessaires pour optimiser la fabrication de ces catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni...). À l'aide de puissants microscopes électroniques capables de sonder la matière à l'échelle atomique, le professeur Braidy a étudié la complexité des phases cristallines des nanomatériaux, soit la manière dont les atomes (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...) des matériaux s'agencent dans l'espace en fonction de différentes températures.

«Non seulement les phases cristallines diffèrent à l'échelle du nanomètre, mais selon la nature de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...), la configuration des phases en sera affectée», explique le professeur. Les particules catalytiques sont typiquement supportées sur un substrat tel que de l'alumine ou d'autres oxydes. Il advient que l'interface entre la particule et le substrat joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle capital dans la spécificité des réactions chimiques pour la synthèse de produits à haute valeur ajoutée.

Le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les...) explique que pour qu'un élément puisse être qualifié de nano, deux conditions s'imposent. D'une part, les structures de base doivent être plus petites que 100 nanomètres et d'autre part, les propriétés doivent être différentes de celles retrouvées dans le monde (Le mot monde peut désigner :) macroscopique. D'après ce spécialiste des nanotechnologies, c'est davantage leur petite taille qui leur confère des propriétés accrues ou différentes.Les produits issus de la nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de structures, de dispositifs et de...) émergent et sont fabriqués en petites quantités pour des applications à forte valeur ajoutée. Ces nanoparticules aux propriétés différentes peuvent être assemblées au moyen de méthodes de nanoassemblage (ou même d'autoassemblage) pour créer un nouveau matériau avec plusieurs propriétés, lui octroyant ainsi une nouvelle fonction.

L'importance de l'interface entre deux nanomatériaux se traduit également dans le domaine de la nanoélectronique, où elle doit favoriser ou empêcher le passage de courant électrique. Dans certains cas, diminuer le diamètre d'un matériau entraîne une reconfiguration de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) cristalline et ainsi une modification importante de ses propriétés électriques.

Force est de constater que les phénomènes se déroulant dans le monde du nano changent la donne et peuvent même constituer une menace au bon fonctionnement des dispositifs électroniques !

L'environnement, le grand bénéficiaire

La catalyse est souvent utilisée pour la conversion 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...) nocifs pour l'environnement ou pour la synthèse de produits. Par exemple, des nanoparticules de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.), de palladium et de rhodium sont utilisées dans les silencieux de toutes les automobiles pour réduire les émissions nocives des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...).

L'industrie pétrochimique fait abondamment usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de différents types de catalyseurs pour rendre un grand nombre de réactions chimiques efficaces et propres.

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Source: Marty-Kanatakhatsus Meunier - Université de Sherbrooke