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Les technologies du futur

La nanotechnologie (IV)

Ainsi que le disait le physicien américain Richard Feynman dans son discours intitulé "There is Plenty of Room at the Bottom" (il y a plein d'espace au fond) présenté à la réunion annuelle de l'American Physical Society au Caltech en 1959, il n'y a rien dans les lois de la physique qui empêche de fabriquer des armées de machines de taille moléculaire. Rapidement, des ingénieurs l'ont pris au mot et ont voulu relever son défi.

La nanotechnologie concerne les matériaux et instruments fabriqués à l'échelle atomique et moléculaire (10-100 nm). 1 nanomètre équivaut à un millionième de millimètre. Ingénieurs, biologistes et médecins fondent beaucoup d’espoir sur la nanotechnologie, notamment sur la bioingénierie et les nouveaux médicaments en cours de développement.

Il y a déjà une bonne dizaine d'années, des scientifiques travaillant chez IBM ou au MIT ont fabriqué des curiosités subatomiques telles que des caractères typographiques constitués de quelques atomes alignés, une abaque avec des "Buckyballs" (C60) ou une guitare atomique avec des cordes longues d'environ 100 atomes.

A lire : IBM stocke des données dans des atomes (IBM)

A gauche, anatomie d'une nanosonde médicale. La largeur de l'image correspond au diamètre d'un cheveu ! Jusqu'à 10 trillions de nanosondes d'une taille 200 fois inférieure à celle d'un cheveux pourraient être injectées en une fois. Au centre, un piston nanohydraulique fabriqué à partir d'un nanotube de carbone (en bleu), d'atomes d'hélium (en vert) et d'une buckyball (une molécule de C60, en gris). A droite, une onde thermoélectrique se propageant dans un nanotube couvert d'un combustible. Le système est capable de fournir du courant continu avec une intensité pouvant atteindre 2A. Documents Nanotech Now, ORNL et Michael Strano/MIT.

Aujourd'hui le CERCA fabrique des parois souples en imbriquant des nanotubes. En 2006, les chimistes du CEMES à Toulouse ont fait tourner une roue moléculaire de 0.7 nm de diamètre. Mettez tout ceci ensemble et vous pouvez fabriquer des robots capables de véhiculer des charges, y compris des substances à travers l'organisme.

En 2010, des chercheurs du MIT sont parvenus à générer de l'électricité, en fait une "vague thermoélectrique" dans un nanotube recouvert d'une couche de combustible (du cyclotriméthylène-trinitramine). En allumant l'extrémité du tube avec un rayon laser, l'onde thermique de plus de 2700°C a entraîné avec elle des électrons, créant un courant électrique d'une intensité maximale de 2A. L'onde s'est propagée à une vitesse 10000 fois plus rapide que la réaction chimique. A poids égal, ce nanotube a fourni 100 fois plus d'énergie (7 kW/kg) qu'une batterie Li-Ion ! A terme les chercheurs espèrent produire du courant alternatif en utilisant différents combustibles.

Suite à cette prouesse, les chercheurs espèrent fabriquer d'ici 2015 des composants électroniques miniatures de la taille d'un grain de riz alimentés par des nanotubes. Autre avantage, selon le professeur Michael Strano du MIT, de tels composants peuvent en théorie rester charger indéfiniment quand ils sont inutilisés, contrairement aux batteries.

Applications médicales

Les médecins avant-gardistes utilisent déjà des nanosondes pas plus grandes qu'une gélule et bientôt de la taille d'une tête d'épingle pour explorer le corps humain et pénétrer à l'intérieur des cellules, la sonde, protégée par une coquille en diamant étant équipée de moyens radio, vidéo et d'éclairage autonomes ainsi que de bras manipulateurs ou de détecteurs. Le pas à franchir pour les envoyer dans l'espace est à notre portée puisque même la NASA envisage aujourd'hui d'explorer Mars avec des nanosenseurs.

Au quotidien, grâce à la nanotechnologie on pourrait concevoir des protocoles pour lutter contre les maladies génétiques mais également incorporer ces nanorobots dans les aliments. Imaginez un fruit capable de lutter contre une réaction allergique ou une sauce préparée capable d'éliminer elle-même les traces de mauvais cholestérol !

Le fonctionnement d'un "nanorobot marcheur" développé en 2004 par Carlo Montemagno et ses collègues de l'UCLA.

Plus étonnant, des chercheurs ont déjà réussi à faire vivre un neurone sur un chip de silicium, ouvrant la voie à des implants cervicaux hybrides carbone-silicium !

La nanotechnologie avance à pas de géant, au sens propre. Ainsi, le 28 février 2004, la revue New Scientist annonçait que le professeur Carlo Montemagno et ses collègues bioingénieurs du Département d'Ingénierie Mécanique et Aérospatiale (MAE) de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) avaient réussi à fabriquer un "nanorobot marcheur" animé à partir d’un muscle cardiaque de rat (des cellules cardiomyocytes) fixé sur un fil de silicium ainsi que le montre le schéma de gauche. Le nanorobot fut capable de se déplacer seul à une vitesse de l'ordre de 40 micromètres/seconde par la seule force musculaire ! De nouvelles expériences probantes ont été réalisées en 2005.

Aujourd'hui Montemagno envisage d'utiliser ces nanomachines en médecine, notamment à des fins de diagnostic et pour fabriquer des tissus synthétiques, en particulier des noyaux neuronaux, ainsi que l'explique son article sur les transplants publiés en janvier 2006.

La médecine est l'un des secteurs où la nanotechnologie et les implants artificiels sont les plus demandés.

Dès à présent le laboratoire Oak Ridge National Laboratory (ORNL) fabrique des nanosondes mille fois plus fines qu'un cheveu capables d'interagir avec les cellules et les globules rouges. A l'image des implants artificiels, ces nanorobots bioélectroniques permettent de réguler certaines fonctions métaboliques déficientes.

La nanotechnologie permet aussi de soigner et d'explorer le corps humain. Depuis quelques années, Apple travaille avec Intel et beaucoup d'autres entreprises sur des applications médicales. Quand Steve Jobs lança le slogan "Intel Inside" à propos des Mac d'Apple comprenant un processeur Intel, nous n'avons pas saisi toute l'ampleur de la révolution.

Car au second degré, cette expression s'applique plus que jamais à la médecine. Aujourd'hui, les ingénieurs sont capables de construire des caméras tellement mininuscules qu'ont peut s'en servir pour fabriquer une nanosonde qui remplace avantageusement le stéthoscope du médecin et les techniques endoscopiques.

En effet, aujourd'hui et plus encore dans les années à venir les médecins pourront explorer le système digestif des patients sans devoir utiliser de moyens invasifs ou faire d'opération. Le patient avale une capsule et immédiatement le médecin peut suivre sur un écran, que ce soit un ordinateur ou une tablette, localement ou à distance, l'évolution de la caméra nanoscopique, ce qu'elle voit et ce qu'analyse son système embarqué, mieux que ne le ferait un endoscope plongé au plus profond de notre corps.

Les nouveaux patchs exploitent également la nanotechnologie, rendant obsolète les dispositifs d'injections sous-cutanés (contrôle du glucose, etc). Ces patchs intelligents peuvent injecter les substances requises grâce à une matrice de nanoaiguilles. Ils complètent la panoplie des seringues et des pistolets injecteurs.

Mieux encore, la nanotechnologie alliée à l'informatique permet de diagnostiquer précocement des maladies à risques, comme par exemple le développement d'un cancer et agir immédiatement pour l'éradiquer avant qu'il ne tue son hôte. Nous reviendrons plus en détail sur ces méthodes high-tech révolutionnaires dans le prochain chapitre consacré aux progrès réalisés en médecine.

Des lentilles de contacts bioniques 

Début 2008, Babak Parviz et son équipe d'ingénieurs en bionanotechnologie de l'Université de Washington sont parvenus à fabriquer une lentille de contact équipée d'un circuit nanoélectronique. Ce système serait capable d'afficher des informations devant l'oeil de l'usager. 

La nanotechnologie utilisée est très complexe. Le dispositif est constitué de divers éléments interconnectés. Le dessin d'un circuit nanoélectronique métallisé a été placé sur une couche de polymères (du polyéthylène téréphtalate ou PET). Ce circuit mesure quelques nanomètres d'épaisseur. Le système d'affichage est constitué de diodes (des LED rouges), couvrant une surface de 0.3 mm de côté au centre du circuit.

Les différents composants électroniques ont ensuite été saupoudrés sur la surface de la lentille afin d'éviter tout échauffement. Les forces de capillarité (qui ont tendance à incurver les composants) ont ensuite permis aux éléments de prendre tout seuls leur place.

Les chercheurs ont également utilisé des composants organiques pour ne pas irriter les yeux et minimiser tout risque liés à la libération de chaleur par le circuit nanoélectronique. Les chercheurs ont testé ce prototype sur un oeil de lapin durant 20 minutes sans observer d'effet indésirable.

Selon, Babak Parviz, l'ingénieur en bionanotechnologie responsable du projet, le dispositif ne gêne pas la vision et précise même qu' "il y a encore beaucoup d'espace autour de la partie transparente de l'oeil que nous pouvons utiliser pour placer des instruments", pensant notamment à des systèmes de télécommunication sans fil.

C'est la première fois que des chercheurs montent un circuit électronique sur des verres de contacts ordinaires. "C'est un tout petit pas vers notre objectif, mais je pense que c'est extrêmement prometteur", a déclaré Babak Perviz. "Le prototype ne fonctionne pas encore et n'affiche aucune information. mais il prouve qu'il est possible de fabriquer une lentille électronique saine à porter et qui n'obstrue pas la vision. Toutefois, ce prototype de lentille de contact ne corrige pas la vision, mais la technique peut-être appliquée à des lentilles correctrices" a-t-il ajouté.

Reste à trouver le moyen d'alimenter le nanocircuit. Car si le circuit est fonctionnel, les diodes ne s'allument pas. Les chercheurs pensent trouver l'énergie dans la combinaison d'un signal radio fréquence couplé à des cellules photoélectriquess placées sur la lentille.

A voir : LCD Displays On Your Contact Lenses

Bionic Contact Lens Displays Have Gone Up to Eight Pixels Resolution

A gauche, des ingénieurs en bionanotechnologie ont fabriqué une lentille de contact équipée d'un circuit nanoélectronique qui serait capable d'afficher des informations dans le champ de vision de son propriétaire. Le système d'affichage LED couvre une surface de 0.3 mm de côté au centre du circuit. Au centre, la lentille de contact testée sur un lapin. A droite, le prototype de lentille de contact "smartlens" développée par Google X. Documents U.Whasington et Recode.

Les chercheurs ont testé ce prototype sur un oeil de lapin durant 20 minutes sans observer d'effet indésirable. Selon, Parviz le dispositif ne gêne pas la vision et précise même qu' "il y a encore beaucoup d'espace autour de la partie transparente de l'oeil que nous pouvons utiliser pour placer des instruments", pensant notamment à des systèmes de télécommunication sans fil. 

Reste à trouver le moyen d'alimenter le nanocircuit. Car si le circuit est fonctionnel, les diodes ne s'allument pas. Les chercheurs pensent trouver l'énergie dans la combinaison d'un signal radio fréquence couplé à des cellules photoélectriquess souples placées sur la lentille.

Pour sa part, début 2014 Google X a annoncé qu'ils développaient une "smartlens", une lentille de contact souple qui permet au patient diabétique de mesurer son taux de sucre dans ses larmes. Le système de mesure est situé en périphérie de la lentille de contact pour ne pas gêner la vision. Google pense également équiper la lentille d'un LED qui préviendrait visuellement le patient. Le système qui est toujours à l'état de prototype est équipé d'une puce et d'une antenne et peut se connecter à un autre appareil qui administrait la dose d'insuline. Google espère commercialiser la smartlens vers 2019.

Les enduits de protection

Grâce à la nanotechnologie, on peut également fabriquer des nanotubes de carbone et les façonner de telles sortes à leur donner certaines propriétés : élasticité, électroconductivité, dissipateur de chaleur, anti-adhésif, etc.

On peut par exemple créer des enduits protecteurs qui permettent d'éviter de salire ou de contaminer les vêtements, les objets, les lieux publics, etc. C'est fascinant ! A l'avenir les enfants comme les adultes pourront jouer ou travailler sans craindre de se salir ! La corvée lessive se limitera à l'essentiel. Quel soulagement !

A voir : Power of Nanotechnology Video Blow Your Mind

Développements futurs

A l'image des systèmes d'affichage tête haute (HUD) pour voiture (par ex. le système BMW) ou des porteurs de lunettes Lumus qui peuvent déjà visualiser dans leur champ de vision tout le contenu d'un écran informatique, notamment des données GPS, des jeux vidéos ou des émissions TV, ces verres de contacts donnent accès à ce qu'on appelle la "réalitée augmentée".

Cette technologie ouvre de nouvelles voies dans l'assistance, la supervision et les supergadgets. Parviz et ses collègues ont démontré que la base technologique était réalisable et sans risque. Il faut à présent lui trouver de nouvelles applications. Certains pensent déjà implémenter une biopuce sur une lentille de contact pour mesurer certains paramètres sanguins comme le taux de cholestérol ou la glycémie (taux de sucre).

Selon Parviz, bientôt un système à faible consommation et contenant moins de pixels sera commercialisé.

Dans ce domaine la technologie évolue rapidement. En 2012, la société Innovega annonça la mise au point de lentilles de contact à réalité virtuelle et augmentée. Dans quelques années elles seront peut-être disponibles chez votre opticien, à côté des lunettes de Lumus ou Google.

Ceci dit, selon l'expérience des utilisateurs des lunettes à réalité augmentée, peu de personnes apprécient avoir en permanence dans le champ de vision des données virtuelles. On peut donc supposer que cette technologie sera avant tout utilisée dans des cas particuliers et surtout exploitée sur de grands écrans comme une TV, une vitre ou un pare-brise.

Nous reviendrons sur les systèmes HUD et la réalité augmentée à propos des voitures et des ordinateurs du futur.

Les aliments et les cosmétiques

Depuis quelques années, les aliments ainsi que les produits cosmétiques utilisent également des nanoparticules. Les fabricants s'en servent notamment pour protéger les aliments de l'oxydation, libérer des substances à taux régulier, neutraliser l'effet des UV solaires, améliorer l'imperméabilisation des tissus, accentuer l'éclat des couleurs ou le blanchiment des dents.

Le risque sanitaire

Bien que les nanoparticules présentent des propriétés très intéressantes, le risque sanitaire est très mal connu. Ainsi, si les analyses démontrent que la plupart des produits cosmétiques restent sur l'épiderme et ne pénètrent pas sous la peau, on peut légitimement se demander qu'elles seraient les conséquences sur notre santé si nous ingérions ou respirions ces nanoparticules à fortes doses (par la combinaison des doses contenues dans la nourriture, les vêtements, les crèmes hydratantes, etc).

Selon une étude publiée le 25 septembre 2007 par l'Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) spécialisé dans la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles, les nanoparticules pénètrent plus facilement dans les poumons, les microfissures de la peau et probablement dans le cerveau que les particules plus grosses.

On peut donc supposer qu'une personne dont la surface de la peau ou le système immunitaire est fragilisé serait plus sensible aux effets potentiellement indésirables des nanoparticules.

A lire : Les nanoparticules: un enjeu majeur pour la santé au travail ?

Les nanoparticules dans nos aliments et autres cosmétiques, Veillenano.fr

A gauche, une nanosonde pénétrant dans une cellule. A droite, illustration d'une nanosonde interagissant avec un globule rouge. Documents ORNL.

Connaissant ce risque, déjà mis en évidence en 2003, l'INRS appelle aujourd'hui à une prévention accrue sur le lieu de travail et une consommation réfléchie des produits cosmétiques et des aliments, notamment ceux contenant du dioxyde de titane (crème solaire, etc).

Plus de 1300 produits allant des survêtements aux éléments des moteurs thermiques jusqu'au dentifrice contiennent des nanoparticules dont on ignore les effets sur l'organisme. "Certaines particules ultra-fines peuvent être plus dangereuses que des particules plus grosses de la même matière" et ont des "propriétés spécifiques" encore mal connues, a souligné Benoît Hervé-Bazin, au cours de la présentation de ses travaux devant la presse. Un homme averti en vaut deux.

La nanotechnologie dans la tourmente

A l'époque où la nanotechnologie était un mot magique, les experts annoncèrent que vers 2015 le prix des produits "nano-fabriqués" serait voisin de mille milliards de dollars. Ce chiffre n'est pas tombé dans l'oreille d'un sourd. Quand on sait que cette somme représente trois fois le PNB de la Belgique, dix fois le chiffre d'affaire annoncé de Google en 2010 et mille fois le chiffre d'affaire d'une maison de haute couture côtée en bourse, les financiers comme les spéculateurs ont senti la bonne affaire.

Parmi les sociétés de pure nanotechnologie côtées en bourse, citons Advanced Nano, Harris & Harris, Arrowhead Research, Nanophase, Nano-Property, NaturalNano et Cyberkenics dont on reparlera, autant de spinoff valant déjà plus de 75 millions de dollars qui sont reprises au Lux Nanotech Index (^LUXNI) de la Bourse américaine depuis 2005.

En parcourant cette liste on découvre que les plus grandes entreprises s'investissent dans cette technologie, notamment 3M, BASF, Cray, Du Pont de Nemours, Hewlett Packard, General Electric, IBM, Intel, Lucent, Toyota MTR et Xerox. Des fonds de nanotechnologie existe également sur le marché européen.

Processeur Intel Core Skylake gravé en 14 nm qu'on retrouve dans les processeurs i5-6700K, i7-6600K, Z170 Express et M série vPro parmi d'autres depuis 2015.

Toutefois, comme le souleva le "Time" en 2015, dix ans plus tard certaines de ces entreprises n'ont atteint que 10% du chiffre d'affaire de l'année précédente, certaines furent même en liquidation ou ont préféré se reconvertir dans la vente de semiconducteurs. Que s'est-il passé pour qu'un secteur aussi prometteur ne décolle pas conformément au Hype Cycle ? Les économistes expliquent ce revirement par le fait que depuis son existence le secteur de la nanotechnologie n'a jamais été une industrie mais plutôt un champ de recherches et développements pour des ingénieurs spécialisés au niveau moléculaire. Selon Google Trends, la recherche en nanotechnologie reste stable entre 15% et 20% de son niveau de 2005 mais chaque année on découvre tout de même de nouvelles applications qui n'auraient jamais pu voir le jour sans nanotechnologie, notamment en microélectronique (CPU) et en médecine (nanosondes).

Le meilleur exemple sont les wafers (galettes) de semiconducteurs utilisés pour fabriquer les processeurs et les mémoires, y compris les sticks USB. En 2007, à l'époque où IBM sortait le processeur dual-core le plus rapide du monde, le POWER6 cadencé à 4.7 GHz, Intel utilisait un système de gravure d'une finesse de 65 nm (par ex. pour les processeurs Celeron M Yonah et Core 2 Duo). En 2014, Intel annonça un processeur dont les transistors mesuraient 14 nm, suffisamment petits pour intégrer 1.3 milliards de transistors sur un chip (on le retrouva dans les PC et la plupart des notebooks y compris sur les MacBook Pro). Selon Brian Krzanich, CEO d'Intel, le processeur Cannonlake en architecture Kaby Lake de 10 nm devrait être commercialisé en 2017. Ce chip fabriqué par lithographie extrême UV sera 6.5 fois plus dense que celui commercialisé 10 ans plus tôt !

Même fuite en avant chez IBM qui étudie la possibilité de remplacer le silicium par des nanotubes en carbone. Dans ce but, en juillet 2014 IBM annonça avoir investi 3 milliards de dollars en R&D.

Aussi, avec le recul, même si le secteur de la nanotechnologie n'a pas aussi bien progressé que l'espéraient les investisseurs, il ne s'en sort pas trop mal même si on peut regretter que le marché n'ait pas été plus dynamique.

Les matériaux du futur

A côté des nanomatériaux, depuis quelques années les ingénieurs étudient la possibilté d'utiliser de nouveaux matériaux plus performants comme la mousse de métal, le métal transparent et les métamatériaux. Ces matériaux sont élaborés à partir de découvertes dans le domaine de la chimie et de nouvelles techniques de synthèse. De quoi s'agit-il ?

Les métamatériaux

Qu'est-ce qu'un métamatériau ? Les métamatériaux sont des matières composites artificielles qui tirent leurs propriétés particulières non pas de leur composition mais de leur structure. Pour être efficace, la structure doit avoir la même échelle que la longueur d'onde utilisée. Ainsi un métamatériau affectant la lumière doit exploiter la nanotechnologie tandis qu'il peut être à l'échelle du centimètre s'il concerne les ondes radios et les micro-ondes. C'est dans cette gamme de fréquences que les premières applications verront bientôt le jour.

Le professeur Sir John Pendry de l'Imperial College de Londres fut le premier à mettre au point des fibres de carbone pouvant refléter les ondes micro-ondes de façon inhabituelle.

Le projet de l'USAF

C'est dans ce contexte futuriste que  l'USAF publia en 2008 une offre publique portant sur des "Applied Metamaterials for Antennas". Le but est de démontrer que des métamatériaux pourraient améliorer les performances des antennes, et notamment en "améliorant la forme des beams et des lobes de rayonnement; en améliorant la gamme d'accord de la fréquence centrale; en améliorant la bande passante; en réduisant la taille, le poids et l'épaisseur des antennes et en fabriquant des antennes isogones flexibles. L'objectif technique global de cette recherche consiste à améliorer les métamatériaux afin qu'ils offrent de faibles pertes électriques tout en permettant de contrôler la permittivité et la perméabilité dans un spectre de fréquences compris entre 20 MHz et 10 GHz".

En langage clair, l'USAF souhaite fabriquer de meilleures antennes pour une même taille. En particulier, ils s'intéressent aux antennes isogones intégrables aux surfaces, plutôt que collées à celles-ci comme c'est le cas actuellement. Ce genre d'antenne s'utilise essentiellement dans les avions et les drônes (UAV). En complément, les antennes en métamatériaux peuvent améliorer les performances des radars et de toutes les télécommunications par ondes-courtes.

Des applications civiles

Il y a également un immense potentiel commercial dans cette technologie. Une antenne faite de métamatériaux ne signifie pas simplement que la réception par radio sera améliorée pour les petites antennes. Ce projet signifie également que les smartphones pourront tirer profit d'un signal plus faible et utiliser moins de puissance. Il en va de même pour les technologies Wi-Fi, Bluetooth et autres systèmes sans fil.

Grâce aux métamatériaux, c'est le futur paysage urbain qui pourrait être transformé le jour où les antennes de TV extérieures, les antennes paraboliques et les pylônes des relais GSM seront remplacés par des antennes isogones.

Un métamatériau présente des propriétés déconcertantes, ce qui en fait tout l'intérêt. Ansi un métamatériau liquide à la propriété de présenter un indice de réfraction négatif (c).

Bien sûr personne n'envisage sérieusement de fabriquer un "cloaking device" à la Star Trek, hélas. Le programme de recherche concerne des applications liées au pointage optique par faisceau IR, les systèmes optiques compacts, les miroirs, les circuits optiques, les interfaces, les filtres, les limiteurs, etc.

Ce genre de technologie pourrait conduire à la fabrication de systèmes offrant une capacité de stockage plus élevée et trouver par exemple des applications dans les supports optiques comme les DVD. En astronomie, un "objectif" plat en métamatériau pourrait supprimer le problème de la diffraction qui limite le grossissement des télescopes et d'autres circuits optiques.

Enfin, pour s'affranchir des distances cosmiques on pourrait également créer des matériaux électromagnétiques qui permettent en théorie d'émuler un trou de verre et d'atteindre 25% de la vitesse de la lumière.

Mise à part l'offre publique de l'USAF (2008) qui porte sur les métamatériaux optiques ou les tests de substrat d'antennes dipôles en métamatériaux (2009), il existe encore très peu d'études et de recherches sur ce matériau du futur.

A une échéance non déterminée, on pourrait également utiliser les métamatériaux pour fabriquer des absorbeurs de rayonnement électromagnétique, des systèmes d'invisibilité, des systèmes antiséismiques ou des systèmes de filtrage du son ou des ultrasons.

A gauche, propagation d'une onde à travers une interface planaire à indice de réfraction négatif. Au centre, des lunettes panoramiques de vision nocturne (IR) en céramique transparente. A droite, des bijoux de synthèse en céramique transparente Yttralox. Documents Wikimedia/Creative Commons.

Ainsi qu'on le voit, le domaine des métamatériaux est un secteur d'avenir très prometteur qui, espérons-le, débouchera sur des applications révolutionnaires. L'avenir reste passionnant.

Le métal transparent

Le métal transparent comme l'oxynitrure d'aluminium (aluminum oxynitride ou ALON) cher à "Star Trek" ou le vanadate de strontium ou de calcium (cf. cet article) présente une grande résistance similaire voire supérieure à celle de l'acier et une transparence parfois équivalente à celle du cristal mais sans leurs inconvénients (l'excès de poids ou la faible dureté). On peut l'utiliser dans la masse ou sous forme de film mince.

Ce matériau a déjà trouvé des applications, notamment dans la fabrication d'écrans de smartphones, de TV, de cuves d'aquarium, de blindages transparents, de hublots réfractaires ou de dômes de protection à usage scientifique ou militaire. On peut même l'utiliser pour fabriquer des bijoux de synthèse, les saphirs et autres rubis étant composés de cristaux à base d'aluminium.

Si ce métal transparent est suffisamment résistant et compatible avec les autres alliages métalliques ainsi qu'avec l'acier et l'aluminium, on pourrait aussi l'utiliser pour remplacer les hublots des avions, des mini sous-marins et pourquoi pas des autres moyens de tranport y compris des bus et des voitures afin que les voyageurs profitent d'une vue panoramique en toute sécurité. Si nécessaire, rien n'empêcherait les fabricants de proposer des métaux transparents dont le pouvoir de transmission serait ajustable à la demande.

A voir : Aerospace Windowless Aircraft

A gauche, représentation spatiale des vanadates de strontium et de calcium. A droite, concept d'avion sans hublots imaginé par le Centre for Process Innovation (CPI). La carlingue intérieure et le dos des sièges sont tapissés d'écrans souples affichant les images de l'extérieur filmées par des caméras. En 2016, cela fut déjà testé par Samsung sur la face arrière d'un camion. Dans une vision plus futuriste, on pourrait aussi remplacer la carlingue des avions à hauteur de vue des passagers par des métaux dont la transparente serait ajustable. Documents Lei Zhang, Penn State et Tomasz Wyszo/mirski/ww.dabarti/CPI.

Comme on le voit ci-dessus à droite, pour l'instant, les chercheurs imaginent des avions de ligne sans hublots dont la carlingue intérieure serait tapissée d'écrans souples OLED affichant le paysage filmé par des caméras extérieures complété par des informations numériques en incrustation. Selon le CPI, toute réduction de 1% du poids d'un avion permet d'économiser 0.75% de carburant et donc son impact sur les émissions de dioxyde de carbone. A l'avenir les métaux transparents pourraient changer radicalement la manière de construire les vitrages de nos moyens de transport.

Notons que ce type de matériaux comprend également les céramiques optiques, des matériaux composites transparents dits de "YAG" (du nom de ses composants : Yttrium and Aluminium Garnet) dont la société CILAS parmi d'autres s'est faite une spécialité. Les miroirs adaptatifs (déformables) équipant les grands télescopes sont basés sur cette technologie.

La mousse de métal

Enfin, la mousse de métal (metal foam) dont la structure rappelle celle de la mousse est résistante, légère et isolante, en faisant un produit idéal pour la fabrication de très grandes structures ultralégères (hangards, structure spatiale, etc).

Nous verrons le cas particulier du graphène quand nous aborderons l'automobile du futur.

Prochain chapitre

La médecine à l'ère numérique

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