00:00 [Générique]
00:07 Hello tout le monde, on espère que vous allez bien et que vous êtes prêts pour un nouveau sujet sur la chaîne ATTEC.
00:12 Dans cette vidéo, nous allons nous intéresser à un sujet aussi passionnant que spécifique, les nanotubes de nitrure de bore.
00:20 Jeune étoile dans le monde en pleine effervescence des nanosciences,
00:24 ces derniers suscitent en effet le plus vif intérêt de la recherche mondiale.
00:28 Et à plus d'un titre, il faut dire que leurs propriétés ont de quoi retenir l'attention,
00:33 d'autant que le champ des possibles de leurs applications s'avère particulièrement vaste.
00:38 Plus encore avec les résultats des travaux conjoints d'ingénieurs du MIT et de l'Université de Tokyo.
00:44 Ces derniers ayant en effet mis au point une technique de synthèse inédite,
00:48 ouvrant la voie à des applications dans des domaines aussi variés que les énergies marines, l'électronique ou encore l'aérospatiale.
00:55 Alors de quoi s'agit-il précisément ?
00:58 En quoi le nanotube de bore diffère-t-il de son illustré-né, le nanotube de carbone ?
01:03 Pourquoi les récentes découvertes représentent-elles une véritable avancée dans la recherche ?
01:08 Et comment cette innovation pourrait rendre possible de nouveaux types de voyages spatiaux,
01:12 assainir les océans ou même détruire les cellules cancéreuses ?
01:16 Mais tout d'abord, petit rappel historique.
01:21 Prolongeant les travaux de ses prédécesseurs sur les fulrènes, des molécules de carbone pure,
01:26 le physicien japonais Sumio Lejima découvre en 1991 les nanotubes de carbone.
01:33 Céisme dont les secousses continuent de se faire ressentir aujourd'hui,
01:37 la découverte fait éclore les capacités exceptionnelles de ces structures, uniques en leur genre.
01:43 Les nanotubes de carbone doivent ainsi, à leur propriété surprenante,
01:46 déveiller aussitôt la curiosité du monde de la recherche, tant fondamentale qu'appliquée.
01:52 À titre d'exemple, ils offrent notamment une rigidité sans égale, supérieure à celle de l'acier,
01:57 tout en demeurant extrêmement léger, flexible et déformable.
02:02 Mais si d'autres potentialités tout aussi stupéfiantes se présentent en masse,
02:06 celles-ci s'accompagnent hélas de lourds points faibles.
02:10 En tête de liste, le coût très élevé de leur production
02:13 et les risques de pollution nanométriques qu'ils représentent.
02:17 Des contraintes vues comme des impasses pour certains,
02:19 et qui ont amené d'autres scientifiques à chercher des alternatives au carbone
02:23 pour la fabrication des nanotubes.
02:26 C'est ici qu'entre en scène Annick Loiseau, chercheuse au LEM,
02:29 le Laboratoire d'études des microstructures.
02:32 Avec ses équipes, la physicienne parvient dès 1994
02:36 à créer des nanotubes à partir de nitrures de bore.
02:40 S'ils sont très similaires structurellement à leurs aînés,
02:43 les nanotubes de bore s'en distinguent aussi
02:45 par de nombreuses propriétés qui n'appartiennent qu'à eux.
02:48 Par exemple, si les premiers ont un comportement métallique
02:51 ou semi-conducteur selon les directions et le diamètre des tubes,
02:55 les nanotubes de nitrure de bore sont quant à eux des isolants électriques.
03:00 Une autre particularité réside dans le fait qu'ils sont des tubes
03:03 très longs, très cristallins et de très petit diamètre.
03:07 Une quantité qui leur confère un statut de super-star
03:10 dans leur utilisation pour l'électronique notamment.
03:14 Les structures en nitrure de bore sont de surcroît bien plus stables
03:17 thermiquement et chimiquement que celles en carbone.
03:20 Une résistance et une rigidité même à des températures très élevées
03:24 qui laissent peu de place à la concurrence.
03:26 Pour se représenter ce dernier point, il faut savoir
03:29 qu'ils restent stables même à 800 degrés,
03:31 à la fois dans la mer et dans l'air.
03:33 Extrêmement solides, très résistants à l'oxydation,
03:36 ils profitent donc de particularités qui offrent la liberté
03:39 aux chercheurs de les développer pour des applications
03:42 à très haute température.
03:44 Un point fort qui laisse s'épanouir de multiples ambitions
03:47 pour la recherche spatiale notamment.
03:49 Nous allons y revenir dans la suite de cette vidéo.
03:52 Des potentialités qui ont poussé les ingénieurs américains
03:54 et japonais à joindre leurs efforts en se focalisant
03:57 sur les ressources du nitrure de bore hexagonale.
04:01 Si sa structure moléculaire est semblable à celle du nitrure de carbone,
04:04 l'un et l'autre ressemblant à une sorte de grillage à poule,
04:07 ce dernier se distingue là encore de son aîné par sa composition.
04:11 Dans son cas, les hexagones sont en effet composés
04:14 d'atomes alternés de bore et d'azote,
04:16 là où seuls des atomes de carbone constituent ceux du précédent.
04:20 Une double dimension qui participe aux qualités remarquables
04:23 du graphène blanc, familièrement appelé ainsi
04:26 en raison de son apparenté avec le graphène de carbone.
04:30 Des propriétés exceptionnelles encore améliorées
04:33 une fois utilisées avec des nanotubes.
04:35 Publiés dans ACS Nano, une revue spécialisée dans les nanotechnologies,
04:39 les conclusions des chercheurs ont alors de quoi secouer
04:42 la communauté scientifique mondiale.
04:45 Ils sont en effet parvenus à élaborer une méthode de synthèse inédite,
04:49 rendant possible la fabrication de nanotubes de nitrure de bore alignés.
04:53 Et comme l'explique Brian Wardle, professeur d'aéronautique
04:57 et d'astronautique au MIT, c'est justement le fait de parvenir
05:00 à les aligner qui ouvre la voie à l'exploitation
05:03 à grande échelle de leurs propriétés.
05:06 Jusqu'ici, seule l'équipe d'Anik Loiseau avait su réaliser
05:09 la synthèse de nanotubes de nitrure de bore monofeuillés.
05:13 Le même Brian Wardle résume avec une ironie bienveillante
05:16 le pas de géant ainsi réalisé.
05:19 « Avec le travail que nous faisons, précise-t-il, nous venons de court-circuiter
05:22 20 années de recherche pour arriver à des versions
05:25 à grande échelle de nanotubes de nitrure de bore alignées. »
05:28 L'ambition de Ward et de son équipe de chercheurs,
05:31 dont Louise Akohan et Aozu Wang, est donc ici résumée.
05:35 Leur association avec d'autres matériaux pourrait mener
05:38 à une production plus importante et de plus grands composites,
05:41 encore plus solides et plus résistants à la chaleur.
05:44 Durant des années, l'impasse dans laquelle s'entassaient
05:47 les chercheurs apparaissait aussi évidente que difficile à surmonter.
05:51 Réussir précisément à synthétiser des nanotubes de bore
05:54 de grande qualité tout en les maintenant stables.
05:57 Un début de réponse arrive en 2020 depuis l'Université de Tokyo.
06:01 Le chercheur Rong Zhang et son équipe parviennent en effet
06:05 à répondre aux problèmes en utilisant une méthode académique
06:08 de dépôt chimique en phase vapeur.
06:11 Cette dernière leur permettant d'abord de produire
06:14 quelques dizaines de grammes de nanotubes de carbone.
06:17 Leur recherche les ayant amenés à la découverte qu'ils pourraient,
06:20 à partir de ces derniers, fabriquer des nanotubes de nitrure de bore
06:24 stables et de haute qualité.
06:27 Pour ce faire, ils ont élaboré une méthode audacieuse et très efficace.
06:31 Les nanotubes de carbone alignés et récemment créés,
06:34 ressemblant à de minuscules arbres dans une forêt dense,
06:37 sont d'abord recouverts de composés de bore et d'azote gazeux.
06:42 Cuits à très haute température, ces derniers se sont alors solidifiés
06:45 et fixés sur les nanotubes de carbone.
06:48 La conclusion étant des nanotubes de nitrure de bore hexagonales
06:52 avec des nanotubes de carbone à l'intérieur.
06:55 S'appuyant sur ces travaux, les chercheurs du MIT déclinent
06:58 avec audace la méthode de Xiang.
07:01 Ils se fixent ainsi l'objectif de se débarrasser des nanotubes de carbone
07:04 et de réussir à faire tenir seuls ceux en nitrure de bore.
07:08 Si du propre aveu de Wardle, les premiers essais furent un échec cuisant,
07:12 leur expérience en création de réseaux alignés de haute qualité
07:16 les voit finalement obtenir le précieux sésame.
07:19 La phrase magique étant ici une harmonisation des températures,
07:23 des pressions et des composés lors du processus de dépôt chimique en phase vapeur.
07:28 C'est la combinaison entre les propriétés uniques du nitrure de bore
07:32 et les fondements de la méthode de synthèse de l'équipe japonaise
07:35 qui les a conduits au succès.
07:38 La résistance du graphène blanc aux très hautes chaleurs,
07:41 ayant su faire disparaître la présence des nanotubes de carbone noir
07:44 lors de la cuisson au four,
07:46 ne restait plus alors que les nanotubes de nitrure de bore transparents,
07:50 autonomes et intactes.
07:52 Les chercheurs peuvent à ce stade s'enorgueillir d'avoir su fabriquer
07:55 des nanotubes de nitrure de bore de très haute qualité
07:58 et qui plus est à grande échelle,
08:00 atteignant ainsi leur objectif initial et réalisant au passage
08:04 une prouesse jusqu'ici inédite.
08:07 Renforçant la crédibilité de leur découverte par d'autres méthodes de synthèse
08:10 et des innovations toutes auréolées de succès,
08:13 ils dessinent aujourd'hui le visage de multiples applications
08:16 potentiellement révolutionnaires.
08:19 En nano-conteneurs par exemple,
08:21 grâce auxquels des médicaments pourraient être avec une précision
08:24 jamais atteinte directement émise à l'intérieur de cellules cancéreuses.
08:29 L'énergie marine ou énergie bleue
08:31 pourrait également utiliser de façon pertinente ces découvertes
08:34 en tissant des nanofibres dans des membranes pour la filtration de l'eau
08:38 et pour augmenter les performances du filtrage ionique de l'eau salée en eau douce.
08:43 La NASA quant à elle y voit un moyen sans équivalent
08:46 de protéger leurs équipes d'astronautes,
08:48 les structures spatiales
08:50 et même celles qui un jour prochain coloniseront la planète Mars.
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