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Les nanotubes de carbone : technologie du spatial de demain ?

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Les nanotechnologies représentent la recherche, le développement et la commercialisation de matériaux et de dispositifs à l'échelle du milliardième de mètre dans de nombreux domaines d'applications. La NASA qui vise à retourner sur la Lune et envoyer une mission habitée vers Mars, s'intéresse à cette technologie en raison des performances qu'elle laisse entrevoir.

Nanotubes de carbone collés au bout d'une pointe de tungstène. Image de C. Journet et P. Vincent.

La commercialisation et l'industrialisation de l'espace réclament elles aussi des moyens et une technologie de plus en plus sophistiquée, à la limite de nos connaissances actuelles. Les infrastructures orbitales et les moyens de transports spatiaux de la prochaine génération devront être plus fiables, plus durables et plus polyvalents. Or, l'utilisation de matériaux avancés, conçus sur la base des nanotechnologies est une des solutions innovantes que souhaite mettre en œuvre la NASA pour gagner son pari sur le long terme.

Dans ce but, l'agence spatiale américaine a récemment octroyé au laboratoire Carbon Nanotechnology de l'Université Rice un contrat de 4 ans portant sur le développement et la fourniture d'un prototype de câble électronique composé entièrement de nanotubes de carbone d'ici 2010. Ce type de câble présente 10 fois moins de résistance électrique que les câbles en cuivre aujourd'hui. De plus, le gain de poids est considérable. Les moyens de transports spatiaux du futur et les robots (landers, rovers, stations) auront besoin d'une puissance électrique accrue, et lorsqu'on sait que le système de distribution principal d'énergie de la navette spatiale représente environ 7 pourcent de son poids, on comprend mieux pourquoi la NASA souhaite investir dans ces technologies. Chaque kilo gagné est un kilo qui ne nécessitera pas de carburant pour échapper à la gravité terrestre.

Nanotube de carbone

Un nanotube de carbone est composé d'une unique molécule cylindrique à l'arrangement parfaitement régulier d'atomes de carbone. Ils se révèlent l'application la plus prometteuse de la nanotechnologie, et beaucoup de chercheurs sont convaincus que cette technologie pourra bouleverser des pans entiers de l'industrie mondiale, à commencer par l'électronique.

Un tel filament présente une résistance 100 fois supérieure à l'acier, pour un poids divisé par six, et cela avec une résistance peu commune aux hautes températures. Leur diamètre est de l'ordre du millionième de millimètre. Cette valeur est réellement difficile à appréhender pour l'esprit humain, mais pour la comprendre, il suffit de se dire qu'un nanotube de carbone d'une longueur équivalent à la distance Terre-Lune, enroulé sur lui-même, occuperait le volume qu'un pépin d'orange.

Utilisés seuls, tressés, tissés ou amalgamés, les nanotubes de carbone présentent des caractéristiques physiques qui pourraient les amener à remplacer les plastiques ou les métaux dans de nombreux cas. Cerise sur le gâteau, ce matériau se comporte comme un semi-conducteur et les transistors composés de nanotubes de carbone existent déjà. Outre leur faible résistance qui leur offre des possibilités les apparentant aux supraconducteurs, le passage du courant y est beaucoup plus rapide que dans leurs équivalents de silicium, ce qui laisse aussi entrevoir d'immenses possibilités en matière de stockage de l'information (mémoires).

Autre application à l'étude, et même en début de réalisation: le stockage d'hydrogène moléculaire à l'état solide à l'intérieur de nanotubes de carbone fermés aux deux extrémités, à température et pression ambiantes, ou même dans le vide, ce qui laisse entrevoir l'apparition de nouveaux types de carburants.

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