Nanotube de carbone - Définition

Défauts

Comme dans de nombreux matériaux, l'existence de défauts affecte ses propriétés. Ils peuvent se présenter sous la forme :

• de vides atomiques (atomes manquant dans la structure du graphène). De tels défauts peuvent affecter la résistance physique des nanotubes, voire dans les cas plus graves la faire baisser de 15%.
• de Stone Wales defect: au lieu de former des hexagones, les atomes de carbones se réarrangent en pentagones ou en heptagones.

De par leur structure presque uni-dimensionnelle, la résistance physique des nanotubes dépend de la section la plus faible : comme sur une chaîne, la résistance de celle-ci est celle du maillon le plus faible.

Les propriétés électriques sont aussi affectées par ces défauts. En général, la zone présentant un défaut est moins bonne conductrice.

Il en est de même pour les propriétés thermiques.

Applications

Propriétés physiques

Grâce à leurs propriétés physiques, les nanotubes de carbone sont susceptibles à l'avenir d'être utilisés dans de nombreux domaines, notamment :

• dans les vêtements : possibilité de faire des vêtements (normaux) plus résistants et imperméables ou dans la confection de gilets pare-balles. Il serait également possible de créer des vêtements autonettoyants.
• dans les polyéthylènes: des chercheurs ont découvert qu'en mettant des nanotubes dans du polyéthylène, celui-ci devenait jusqu'à 30% plus élastique.
• dans certains équipements sportifs pour remplacer la fibre de carbone (raquettes de tennis, vélos, kayaks ...)
• dans le stockage de l'hydrogène (par absorption), notamment dans le cadre des piles à combustible; mais cette propriété est controversée.
• dans le domaine militaire, particulièrement pour la construction de "Railgun" (canon électrique)

Ou encore dans un domaine qui relève actuellement de la science-fiction, la construction d'un ascenseur spatial.

Propriétés chimiques

Il s'agit ici d'exploiter la cavité protectrice que forme le nanotube de carbone :

• réservoirs à hydrogène (contenant ce dernier à l'état gazeux ou sous forme d'hydrure métallique), de façon à stocker celui-ci de façon plus efficace qu'actuellement (en bouteille).
• dans les disques durs : ils serviraient de réservoirs de lubrifiant, celui-ci fondant par l'utilisation d'une nouvelle technique de chauffage par laser (modifiant les propriétés magnétiques) avant écriture
• Le 19 mai 2006, des chercheurs de l'université de Berkeley et de Livemoer, en Californie, ont trouvé une nouvelle application pour les nanotubes : ils pourraient servir à séparer différents gaz ou liquides. En effet, ces chercheurs ont démontré que les molécules passaient bien plus facilement à travers ces tubes que dans d'autres pores de taille équivalente.

Problèmes environnementaux et sanitaires

Les nanotubes de carbone ont des propriétés qui suscitent beaucoup d'espoirs industriels, mais - outre leur coût élevé - en début et fin de cycle de vie notamment, ou en cas de dispersion accidentelle, les nanotubes, comme d'autres nanomolécules, présentent des risques de pollution nanométrique. Compte tenu de leur petite taille, les nanotubes peuvent facilement être absorbés par l'organisme, et compte tenu de leur caractère de cycle benzénique polymérisé, la question de l'intercalement entre les cycles d'ADN et des risques élevés de cancer en résultant sont objet à interrogations.

Leur impact sanitaire et environnemental fait l'objet d'études. Un article du journal Langmuir de l'American Chemical Society a récemment étudié le caractère "tueur de cellules" des nanotubes par contact direct en déchirant les membranes cellulaires.

En France,

• L'Afsset a proposé un guide pour mieux détecter les situations d’expositions, avec des pistes de recherche.
• le Haut conseil de la santé publique (HCSP) interrogé sur la toxicité des nanotubes de carbone et sur l’intérêt de protéger les travailleurs a recommandé (avis du 7 janvier 2009), en vertu du principe de précaution, que la production et l’utilisation des nanotubes de carbone soient effectuées dans des «conditions de confinement strict» afin de protéger les travailleurs et les chercheurs. Le HCSP estime que deux études récentes laissent penser qu'existe «un danger cancérogène potentiel» comparable à celui induit par l'amiante inhalée, tout en suggérant des recherches complémentaires. Le HCSP a aussi proposé une déclaration obligatoire et une obligation d'étiquetage en France pour les nanomatériaux et la mise en place rapide, à échelle européenne d'une procédure d’enregistrement et d’évaluation des risques, similaire au règlement Reach.