Archives de la catégorie ‘Nanotechnologies’

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Ou plus exactement, par l’utilisation de MEMS à base de graphène ; une phrase qui nécessite quelques explications. En premier lieu, qu’est-ce que le graphène ? Il s’agit de cristal de carbone pur bidimensionnel (en gros une monocouche de carbone) obtenu soit directement à partir du graphite, en le « pelant » pour séparer les couches, soit par synthèse, par exemple en faisant chauffer à plus de 1000 degrés un catalyseur sur lequel un gaz d’hydrocarbure va se dissocier et déposer des atomes de carbone.

Le graphène est un matériau conducteur qui possède de très nombreux intérêts (des processeurs à base de graphène devraient d’ailleurs bientôt voir le jour) – parmi ceux-ci, un coefficient Seebeck unique (décidément, cet article devient de moins en moins lisible). En gros, un pouvoir thermoélectrique remarquable : un senseur à base de graphène est sensible à la totalité du spectre infrarouge.

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Des chercheurs du MIT ont donc annoncé avoir combiné un capteur thermoélectrique à base de graphène avec un MEMS (micro système électromécanique) composé d’une membrane de nitrure de silicium. Le résultat : un capteur capable de détecter les températures du corps humain, dans une pièce à température normale (pour les connaisseurs du domaine, on obtient des réponses de 7 à 9 V/W, pour une longueur d’onde de 10.6 microns et une constante de temps de 23ms). Bon, je ne rentre vraiment pas dans une explication exhaustive: vous trouverez (en payant), l’article ici.

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Il s’agit d’une innovation qui devrait révolutionner le domaine de la vision thermique. Car jusqu’ici, pour détecter des signatures thermiques à température normale, les senseurs devaient être refroidis par cryogénie, afin de supprimer le bruit de fond du aux radiations thermiques de la pièce.

Les capteurs étaient donc chers et volumineux, afin d’intégrer les composants nécessaires pour le refroidissement. Avec cette nouvelle technologie, sans rentrer dans les détails, il devient possible de développer un système de vision thermique très compact, voire flexible et transparent. De là à imaginer des «lunettes thermiques » ou même des « lentilles thermiques », il n’y a qu’un pas. Un pas d’ailleurs déjà franchis par une équipe de recherche de l’université du Michigan qui, il y a un an, avait présenté un prototype d’une lentille de contact infrarouge, toutefois moins sensible ‘voir photo ci-dessous) que le détecteur construit par le MIT. Cette sensibilité était le seul vrai obstacle au développement de lentilles thermiques. Le MIT annonce travailler maintenant sur un senseur fondé sur une seule couche de graphène.

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Maintenant que la faisabilité est avérée, nul doute que dans le futur proche, des nouveaux senseurs infrarouges portables et haute définition verront le jour, et ce pour un coût raisonnable. Entre les processeurs, les gilets pare-balle, les écrans et maintenant la vision thermique, le 21e siècle est bien l’ère du graphène.

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Récemment, j’ai publié un article (visible ici) sur les tenues NRBC auto-décontaminantes développées par nos amis américains. L’un de mes gentils collègues a porté à mon attention qu’une société Française entreprenait une démarche analogue; c’est donc avec grand plaisir que je publie cette suite.

Il s’agit de la société Lyonnaise OUVRY, qui est spécialiste des tenues de protection NRBC, et qui possède une offre très complète à destination des forces armées (y compris forces spéciales), mais également des forces de l’ordre, et des utilisateurs industriels. La société tient d’ailleurs un blog sur le sujet, accessible ici.

Dans le cadre du programme CSOSG 2009 de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), Ouvry est engagée dans le projet SELDEC de R&D. Le projet vise à développer « des textiles fonctionnalisés avec des matériaux photocatalytiques, capables de s’auto-décontaminer sous illumination naturelle visible/solaire et artificielle, UV-A ». Pour ce faire, la technologie met en oeuvre (comme dans le cas américain) des « nanoparticules à base de dioxyde de titane (TiO2) modifié, directement activables sous illumination visible/solaire ».

Le textile reçoit en fait un dépôt de TiO2 en plusieurs couches (une couche de dioxyde de Titane, une couche de polyélectrolite, etc), tenant par interactions électrostatiques fortes.

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Le résultat est concluant, puisque le processus de destruction par photocatalyse est présenté dans le graphe ci-dessous (concentration de différents contaminants en fonction du temps d’exposition aux UV).

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En outre, le procédé est résistant au vieillissement, puisqu’après plusieurs lavages, traitements abrasifs ou expositions à la lumière solaire, les capacités photocatalytiques ne sont pas altérées. Cependant, des tests avec un agent virulent réel (ypérite) ont montré qu’une durée d’exposition plus longue était nécessaire afin de dégrader complètement le contaminant. Selon les chercheurs : » Les vêtements ont été testés pour leur confort lors d’essais au porté par des utilisateurs entrainés et familiers des équipements de protection individuelle NRBC, le SDIS 91. A la suite des ces essais, la tenue SELDEC est apparue significativement meilleure qu’une tenue imperméable et qu’une autre tenue filtrante »

La société poursuit désormais ses travaux dans le cadre du programme franco-allemand SAFECOAT, visant à généraliser l’approche et associant la société OUVRY, l’Institut Charles Sadron et le LMSPC (Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse).

Images (c) Ouvry

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Encore une innovation de l’Office of Naval Research (ONR) américain: le SPINEL. Ce matériau correspond à de l’aluminate de magnésium – MgAl2O4 (oxyde de magnésium et d’aluminium); il est bien plus résistant que le verre, vis à vis de l’érosion, possède une dureté remarquable. En réalité, le Spinel est connu depuis fort longtemps en joaillerie: on l’appelle la spinelle, et il s’agit d’une pierre fine.

Ce matériau était connu depuis longtemps dans d’autres métiers, en particulier en raison de son faible poids, un atout évident pour l’utilisation en environnement contraint, comme l’aéronautique et le spatial. Mais pour la première fois, l’ONR a réussi à concevoir et fabriquer de la spinelle parfaitement transparente, en utilisant une technique de presse chaude, sous vide, à partir de poudre de nanoparticules.

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Dans les bonnes conditions, il devient possible de supprimer l’air piégé dans le mélange: le résultat est parfaitement transparent. Ce nouveau matériau conserve donc toutes les propriétés de la spinelle classique, mais possède également des propriétés optiques remarquables, comme celle de laisser passer les rayonnements infrarouges. Et contrairement au verre, une craquelure ne se propage pas, le matériau étant polycristallin, l’énergie de cassure se dissipe très rapidement ce qui empêche la propagation.

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La spinelle permet donc de concevoir des vitres blindées pare-balles, pour la moitié ou le tiers du poids classique.

Le fait de laisser passer les infrarouges permet d’utiliser la spinelle dans le domaine de la protection des caméras infrarouge; le verre ne permettant pas de le faire, jusqu’à maintenant, le recours à des matériaux exotiques, donc coûteux, était l’unique alternative.

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De la même manière, la spinelle peut être utilisée pour les orifices de sortie LASER, puisqu’elle ne comporte pas d’impuretés (susceptible de chauffer lors du passage du rayon).

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L’utilisation d’une technique de presse, à partir d’une poudre de nanoparticules, permet de concevoir des verres de spinelle de formes variées : il devient ainsi possible de concevoir directement un dôme optique dans ce matériau. Une expérimentation est en cours, afin de concevoir des visières avec  affichage tête haute, à l’épreuve des balles. La dualité de cette recherche est évidente; nul doute que la spinelle transparente synthétique se retrouve rapidement dans les écrans de nos smartphones…

Photos (c) Office of Naval Research

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L’US SOCOM (commandement des Forces Spéciales américaines) s’intéresse de très près aux technologies de protection balistique individuelles. Parmi ses projets, voici TALOS (Tactical Assault Light Operator Suit), une armure un peu spéciale puisqu’elle est développée par le MIT (Massachusetts Institute of Technology) et possède une panoplie technologique impressionnante.

Parmi les innovations, TALOS possède par exemple son propre système de génération de chaleur, d’énergie, et même d’oxygène. L’armure est supposée pouvoir « envelopper » le corps du fantassin, et permettre de remonter des informations sur l’état physiologique du soldat (température de la peau, rythme cardiaque, hydratation…) ainsi que l’état énergétique de ses équipements, grâce à un réseau de micro-capteurs. Elle sera même capable de prodiguer les premiers soins, en générant une mousse qui sera diffusée sur la blessure ouverte pour permettre une première coagulation et gagner du temps en attendant l’évacuation du personnel concerné.

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Pour ce faire, TALOS incorporera une « armure liquide », en fait un matériau magnétorhéologique à base de nanoparticules, capable de changer son état de liquide à solide en quelques millisecondes, lorsqu’un champ magnétique ou électrique est appliqué. La technologie est en cours de développement au MIT, l’ambition de l’armée américaine étant de permettre à un fantassin de résister à un feu direct – le concept (un peu romancé) est présenté ci-dessous par un film d’animation très « marvelien ».

De l’aveu de l’US SOCOM, l’épisode malheureux connu par l’armée américaine à Mogadiscio, repris dans l’excellent film « la chute du faucon noir » a marqué durablement les esprits et est à l’origine d’un nombre conséquent de projets de recherche sur le sujet de la protection du fantassin individuel. Les premières démonstrations de TALOS auront lieu entre le 8 et le 10 juillet près de la MacDill Air Force Base.

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Connaissez-vous la société BATTELLE ? Personnellement, avant d’aller les rencontrer il y a quelques années à Washington, leur nom ne me disait rien. Il s’avère que Battelle, c’est « juste » la première organisation non-lucrative au monde dans le domaine de la R&D. Avec 22 000 et plus de 60 localisations, cette organisation américaine exerce ses activités dans de très nombreux domaines : santé, énergie, environnement, économie, mais aussi défense et sécurité nationale.

Pour l’avoir visitée, l’organisation cherche réellement à innover, tant dans les domaines et la méthodologie que par son approche organisationnelle. Il n’est donc pas étonnant de les trouver à l’origine d’approches non conformistes dans le domaine de la défense.

Aujourd’hui, Battelle annonce avoir développé HeatCoat, un revêtement à base de nanotubes de carbones, qui peut être pulvérisé à la surface d’un véhicule. Une fois appliqué, ce revêtement (semblable à de la peinture) est capable de générer de la chaleur lorsqu’on lui applique un courant électrique.

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Un système de contrôle/commande permet de n’appliquer que les tensions nécessaires à un instant donné pour maintenir des conditions de vol opérationnelles. Le revêtement a été testé en soufflerie et s’est révélé efficace par -30°C, et des vitesses d’air de l’ordre de 330km/h (ce qui explique pour l’instant la limitation d’emploi aux drones, plus lents et volant plus bas que des avions conventionnels).

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Battelle compte utiliser HeatCoat pour maintenir les drones à une température donnée, notamment dans le cadre d’opérations en environnement hivernal ou arctique.

Cette annonce intervient alors que la DARPA confirme son intérêt pour les technologies lui permettant d’opérer dans un environnement arctique (un territoire aujourd’hui source d’intenses convoitises). Vous trouverez la consultation de la DARPA ici et la brochure de heatcoat ici.

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Dans la série des lundis de l’IHEDN, une conférence sur le nanomonde par l’Ingénieur Général Dominique Luzeaux. Pour s’inscrire, c’est ici, et c’est gratuit. Dominique Luzeaux est l’un des meilleurs spécialistes français du domaine.

Je recommande par ailleurs son ouvrage « à la conquête du nanomonde: nanotechnologies et les microsystèmes » dont voici le descriptif :

« Les nanotechnologies et les microsystèmes seront-ils la rupture technologique majeure des années à venir ? Cette révolution de l’infiniment petit passionne les scientifiques, mobilise les industriels et les responsables politiques… et engendre à la fois crainte et engouement de la part du grand public ! Les microsystèmes (à l’échelle du millionième de mètre) et les nanotechnologies (à l’échelle du 1/30 000e d’épaisseur de cheveu !) offrent de nouveaux horizons dans de nombreux domaines. Déjà, les nanotechnologies sont appliquées à des produits de grande distribution : cosmétiques, textiles  » intelligents « , etc. Elles devraient permettre des économies d’énergie et des avancées extraordinaires dans les domaines de la santé (traitement de cancers, etc.) et des technologies de l’information. Les perspectives d’applications suscitent des milliards de dollars d’investissements publics aux Etats-Unis, au Japon et en Europe. Le secteur privé, des multinationales aux PME, s’est emparé du domaine.
Mais cette course aux  » nano  » risque de creuser toujours plus le fossé technologique entre les pays riches et les autres, et pose de nombreuses questions médicales, sociales, éthiques et de propriété intellectuelle. L’impact sur l’environnement et la santé n’est pas établi. Les applications militaires, elles, risquent de relancer la course aux armements et leur prolifération. Cet ouvrage passionnera tous ceux qui veulent des réponses claires sur ces enjeux fondamentaux pour l’avenir de nos sociétés »