Les nanotechnologies ne se limitent pas à un seul domaine d'étude : on en trouve des références en biologie, en physique et en chimie. Quant à leurs applications, elles se retrouvent dans le secteur de l'énergie (piles à combustible et technologie solaire photovoltaïque), en génie de l'environnement (systèmes de filtration pour le traitement de l'eau), dans les TIC (nouvelles architectures de mémoire et de processeurs), ainsi que dans le secteur médical (implants et prothèses), le textile, etc. Le terme « nanotechnologie » est un terme générique qui englobe une grande variété d'études sur les matériaux et les techniques de fabrication, toutes ayant un point commun : elles travaillent avec des structures dont les dimensions sont inférieures à 100 nanomètres.Les nanotechnologies exploitent les propriétés particulières des structures nanométriques. À cette échelle, de nombreux matériaux se comportent de manière totalement différente de ce qu'ils font à l'échelle macrométrique ; par exemple, certaines substances opaques deviennent transparentes (cuivre), des matériaux inertes deviennent d'excellents catalyseurs (platine), des matériaux stables deviennent inflammables (aluminium), certains solides deviennent liquides à température ambiante (or) et certains isolants se comportent comme des conducteurs (silicium). Un autre aspect très important de l'échelle nanométrique est que plus la nanoparticule est petite, plus sa surface relative par rapport à son volume est élevée.
La conquête de l'industrie par l'échelle nanométrique a déjà commencé. À l'instar des TIC, la recherche fondamentale en physique s'accompagne du développement et du lancement des premiers produits. Si l'utilisation des nanostructures dans la fabrication de puces et le développement de disques durs est déjà courante, d'autres secteurs industriels importants, tels que la chimie, la pharmacie, l'automobile et l'optique, dépendent fortement de l'exploration approfondie du nanocosme pour assurer leur compétitivité future.
Observation de la nature :
En Asie, le lotus est considéré comme un symbole sacré de pureté. Les liquides forment des perles à sa surface qui glissent, et la poussière ne s’accumule jamais sur ses feuilles (Figure 1). Le « secret » de ce phénomène : les nanoparticules ! L’eau est repoussée par des papilles microscopiques. En nanotechnologie, ce concept peut être transposé à des surfaces céramiques autonettoyantes. Les matériaux recouverts de nanoparticules possèdent des propriétés particulières ; appliqués, par exemple, sur la surface du verre, ils deviennent résistants aux rayures, ce qui leur confère d’excellentes caractéristiques pour les applications optiques. Ces lentilles peuvent être nettoyées même avec une éponge métallique sans laisser de traces. Par ailleurs, les particules du revêtement sont si petites que la lumière les traverse parfaitement, sans problème de diffraction ni de réfraction.
Application pratique :
En nanoscellement, différents types de particules sont appliqués. Certaines forment une liaison solide avec la surface, tandis que d’autres lui confèrent les propriétés souhaitées. Ces particules sont agencées de manière optimale lors de l’application : les composants de liaison adhèrent à la surface à revêtir, tandis que les composants antiadhésifs restent au-dessus de cette couche (Figure 2). Ce processus d’auto-organisation produit une couche ultra-mince, à l’aspect miroir, qui, une fois appliquée sur la surface à protéger, offre une durabilité extrême. Ce type de revêtement est utilisé par Rittal sur la surface du condenseur de ses groupes frigorifiques d’armoires de commande.
Applications :
Le condenseur des climatiseurs – la partie du circuit où s'effectue l'échange thermique entre l'air chaud aspiré par l'unité et l'air évacué vers l'extérieur – est revêtu d'une couche nanométrique de peinture spéciale. Ce composé de nanoparticules de céramique confère aux ailettes du condenseur une surface anti-poussière. Simultanément, les pores de la surface sont scellés de façon permanente, empêchant ainsi l'adhérence des contaminants et préservant les propriétés de surface (Figure 3). Les surfaces nanoprotégées présentent également une excellente résistance à l'abrasion.
Le principal avantage réside dans la réduction des coûts de maintenance des climatiseurs. Le nettoyage étant moins fréquent, la maintenance préventive peut être espacée, et les performances de l'équipement s'améliorent grâce à une surface d'échange thermique restée propre plus longtemps.
Une autre application pratique, totalement différente de la précédente, est la préparation des surfaces métalliques avant peinture. Dans le cas des boîtiers électriques, les principaux fabricants utilisent un système de peinture à trois couches : une première couche de phosphate de fer (phosphatation) prépare la tôle d’acier à recevoir la couche d’apprêt suivante, généralement appliquée par immersion dans un bain liquide, puis une couche de peinture en poudre, le tout avec séchage intermédiaire et final au four.
Le remplacement de l’application de phosphate de fer par une couche de 20 à 30 nanomètres d’épaisseur de nanoparticules de métaux non lourds améliore non seulement la protection contre la corrosion, mais augmente aussi considérablement la surface utile et, par conséquent, l’adhérence de la couche d’apprêt suivante (Figure 4). Rittal a baptisé cette technologie NanoTech, qui, outre les avantages mécaniques déjà mentionnés, offre des avantages environnementaux significatifs en n’utilisant ni ne produisant de solvants, de métaux lourds ou de phosphates lors de son application. La consommation d’énergie est également réduite car l’application se fait à froid, éliminant ainsi la nécessité de chauffer le bain comme pour la phosphatation.
La technologie NanoTech a été testée et parfaitement adaptée aux surfaces métalliques en acier, zinc ou aluminium et est déjà utilisée couramment dans certaines usines pour les procédés de peinture. Fin 2006, tous les boîtiers métalliques fabriqués par Rittal bénéficieront de ce prétraitement.
Parmi les autres applications de la nanotechnologie chez Rittal, on peut citer la protection anti-graffiti des surfaces peintes, nettoyables avec des produits courants sans laisser de traces ; le revêtement antimicrobien des boîtes en acier inoxydable utilisées dans l’industrie agroalimentaire ; et le traitement anticorrosion de toute autre structure métallique.
