Grâce à leur structure exceptionnelle, ces molécules fascinent les scientifiques. On leur soupçonne en effet de nombreuses propriétés et applications. Les premières études fondamentales sur ces molécules sont d'ailleurs prometteuses. Si la recherche sur les fullerènes et nanotubes de carbone est devenue un des champs les plus important de la physique et de la chimie des matières condensées, la production à grande échelle de ces matériaux reste cependant aujourd'hui un problème crucial...

Après avoir étudié leurs propriétés et fabrication, nous présenterons leurs différentes applications.

Les fullerènes sont des molécules composées de carbone et pouvant prendre la forme d'une sphère, d'un ellipsoïde (engendré par la révolution d'une ellipse autour d'un de ses axes), d'un tube ou d'un anneau.

Fullerène.

Les fullerènes tubulaires sont appelés nanotubes. Ceux ci sont de structure cristalline, creuse et close, composée d'atomes diposés en pentagones, hexagones et heptagones, obtenu à partir du carbone et du nitrure de Bore ( matériau céramique résistant à de haute températures ).

Les nanotubes sont fabriqués en brûlant du carbone à très haute température et en faisant baisser, par la suite, la température et la pression de façon brutale. Ce procédé produit des feuilles qui sont roulées pour faire de petits tubes. Cela est rendu possible par le fait que le carbone sous la forme de graphite est constitué de minces couches d'atomes disposés en hexagone et que ces couches glissent facilement les unes par rapport aux autres. Ces nanotubes sont perçus comme les remplaçants du transistor, car leurs propriétés conductrices varient de conducteur à semi-conducteur.Les nanotubes sont fabriqués en brûlant du carbone à très haute température et en faisant baisser, par la suite, la température et la pression de façon brutale. Ce procédé produit des feuilles qui sont roulées pour faire de petits tubes.

D'un point de vue mécanique, ils présentent à la fois une excellente rigidité comparable à celle de l'acier ( 200 fois supérieur ) et même plus dur que le diamant, tout en étant extrêmement légers (6 fois plus légers que l'acier). Les nanotubes on aussi une conductivité électrique 70 fois supérieure à celle du silicium et une conductivité thermique supérieur à celle du diamant. Il présente également la particularité d'être 50.000 fois plus fin qu'un cheveu. Il peut être plié et déformé sans jamais se casser, tout en reprenant leur forme initial. Ces propriétés permettent d'envisager plus de 60 applications dans des secteurs très variés : diodes, blindage électromagnétique, écrans plats à émission de champ, pointe de microscope...

Les chercheurs se préoccupent de définir le potentiel d'utilisation industrielle des nanotubes. Ils explorent à cette fin plusieurs pistes plus ou moins prometteuses.

Première piste, ils essaient de profiter du fait que les nanotubes sont creux pour y encapsuler des matériaux, par exemple de minuscules particules de cobalt, de nickel et de fer, d'un intérêt évident pour les supports magnétiques (disques durs des ordinateurs par exemple), ainsi protégés de l'oxydation ou de la dégradation au contact de l'air, de l'eau ou d'un acide. Ils ont également réussi, selon le même principe, à immobiliser des protéines à l'intérieur de nanotubes, les protégeant et assurant le maintien de leur activité biologique pendant divers tests de stabilité. On pourrait, dans le même esprit, utiliser les nanotubes pour protéger certaines substances sensibles, biomatériaux ou autres médicaments durant leur transport. On envisage aussi d'utiliser les nanotubes de carbone dans plusieurs applications bio-médicales, comme notamment la vectorisation de médicaments ou encore pour l'imagerie.

La production mondiale de nanotubes de carbone atteint aujourd'hui plusieurs centaines de tonnes par an : ils sont présents dans les écrans plats, les pneumatiques, l'industrie automobile (Renault et Peugeot expérimentent des nanotubes de carbone en renfort des pièces de carrosserie), les articles de sport (le premier cadre de vélo comportant des nanotubes de carbone concourrait au dernier tour de France)... Cependant, l'étude des effets sur la santé humaine est encore très embryonnaire et leur impact sur l'environnement demeure à ce jour quasiment inexploré. Des nanopoussières pourraient avoir des effets du type de l'amiante sur nos poumons. De plus ces problèmes pourraient être transmis de la mère au foetus, c'est pour ces raisons que le CNRS et d'autres chercheurs vont se consacrer à ces problèmes pendant plusieurs années, afin de minimiser les risques de pollution.