Le Nitrure de Bore est-il le Nouveau Carbone -
Dans cette vidéo, nous allons nous intéresser à un sujet aussi passionné que spécifique : les nanotubes de nitrure de bore. Jeune étoile dans le monde en pleine effervescence des nanosciences, ces dernières suscitent en effet le plus vif intérêt de la recherche mondiale. Et à plus d'un titre ! Il faut dire que leurs propriétés ont de quoi retenir l'attention, d'autant que le champ des possibles de leurs applications s'avère particulièrement vaste. Plus encore avec les résultats des travaux conjoints d'ingénieurs du MIT et de l'université de Tokyo. Ces derniers ayant en effet mis au point une technique de synthèse inédite, ouvrant la voie à des applications dans des domaines aussi variés que les énergies marines, l'électronique ou encore l'aérospatiale. Alors de quoi s'agit-il précisément ? En quoi le nanotube de bore diffère-t-il de son illustre ainé le nanotube de carbone ? Pourquoi les découvertes récentes représentent-elles une véritable avancée dans la recherche ? Et comment cette innovation pourrait-elle rendre possible de nouveaux types de voyages spatiaux, assainir les océans ou même détruire les cellules cancéreuses ? ▪️ ▫️ ▪️ ▫️ ▪️ ▫️ ▪️ ▫️ ▪️ ▫️ ▪️ ▫️ ▪️ ▫️ ▪️
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Transcript
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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