NANOPARTICULES

Quelques effets de taille...

L'optique est un domaine de choix pour illustrer la différence entre la matière massive et la matière divisée. En effet, les longueurs d'onde de la lumière, allant de 400 à 600 nm dans le visible, sont très petites à notre échelle, mais très grandes par rapport aux nanoparticules. L'apparence et la couleur des corps dépendent essentiellement de deux processus : l'absorption, qui se traduit par une diminution de l'intensité d'une onde traversant le corps, et la diffusion, qui intervient quand le milieu présente des variations locales d'indice optique sur des régions de taille comparable à la longueur d'onde.

Ainsi, l'oxyde de titane est un matériau parfaitement transparent dans le visible, s'il est massif et pur. Il trouve cependant son usage en peinture comme « pigment blanc » : dispersé en particules micrométriques dans une huile ou un vernis, il renvoie, par diffusion, dans toutes les directions de l'espace, la lumière qu'il reçoit. L'enduit ainsi formé paraît donc opaque et blanc comme le lait (et pour les mêmes raisons). Mais, réduit à l'état de nanoparticules, l'oxyde de titane redevient transparent car les grains sont trop petits pour diffuser la lumière visible mais, en revanche, ils absorbent les rayons ultraviolets. Ainsi, en jouant uniquement sur la taille des grains, l'oxyde de titane sert à la fabrication d'une peinture blanche ou de crèmes cosmétiques antisolaires et transparentes.

Autre domaine de la physique, le magnétisme permet d'apprécier la matière divisée. Dans une pièce de fer macroscopique, les aimants élémentaires forment souvent des arrangements complexes pour refermer les flux à l'intérieur du morceau. En revanche, une nanoparticule est toute simple : c'est un « monodomaine », c'est-à-dire l'équivalent d'une minuscule aiguille aimantée, avec un axe nord-sud bien défini. Si on inclut de tels grains dans une matrice solide, ils sont bloqués dans une position déterminée ; toutefois, l'application d'un champ magnétique antagoniste peut retourner leur aimantation. Il y a donc deux états possibles (orientation « up » et orientation « down ») par nanograin. L'utilisation de telles particules accroît, par rapport aux méthodes actuelles, la densité de stockage de l'information en mode binaire.

Des nanoparticules magnétiques dispersées dans un liquide permettent d'obtenir un « ferrofluide ». Ce nouveau liquide, aux propriétés spécifiques, se déforme sous l'effet d'un champ magnétique extérieur : ainsi, à l'aide d'un petit barreau aimanté, il est possible de faire monter ce liquide le long des parois du récipient. Les ferrofluides sont d'ores et déjà utilisés industriellement, en particulier comme joints liquides maintenus par lévitation magnétique.