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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 (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.) des électrons de la même région montrant la distribution spatiale de carbures et d'oxydes de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant...), 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....) 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...) 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) 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...). À l'aide de puissants microscopes électroniques capables de sonder la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) à l'échelle atomique, le professeur Braidy a étudié la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en...) 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 généralement constitué d'un noyau...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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 l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.), 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 domaines de recherche sont...) 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...) 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 (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...) 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 (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces...). Dans certains cas, diminuer le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment....) 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 propre : un gaz tend à...) 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 mécanique ou...).

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