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Michel WAUTELET
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Les nanotechnologies sont présentées comme une révolution. La capacité de contrôler individuellement les atomes donne lieu à de nombreuses spéculations. Certes, un vaste champ d’applications s’ouvre (électronique, aéronautique, chimie, biotechnologies) tant les propriétés des nanosystèmes s'avèrent nouvelles.
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Outils2. Aspects fondamentaux
Michel WAUTELET est physicien et professeur à l’université de Mons-Hainaut, en Belgique.
Le comportement de la matière à l’échelle nanométrique est différent de celui de la matière à notre échelle. Lorsque les dimensions caractéristiques des éléments diminuent du macroscopique au microscopique (quelques microns), des effets prépondérants à notre échelle deviennent négligeables, alors que d’autres deviennent très importants. Il en est ainsi des effets de la gravité terrestre qui deviennent négligeables à l’échelle de quelques dizaines de microns. Ce sont alors les forces de tension superficielle (ou d’interaction atomique entre surfaces) et de viscosité qui sont de loin les plus intenses. La limite entre les effets macroscopiques et microscopiques n’est pas nette, mais se situe dans le domaine situé entre quelques microns et quelques centaines de microns.
Lorsque l’on diminue encore les dimensions pour atteindre les nanomètres, une autre frontière apparaît. Alors que, au-dessus du micron, les propriétés macroscopiques de la matière restent valables, il n’en est plus de même dans le domaine nanométrique. Le nombre d’atomes en surface devient non négligeable vis-à-vis du nombre d’atomes en volume. Le comportement de la matière donne alors lieu à de nouvelles propriétés physiques, chimiques, voire biologiques.
2.1 Lois d’échelle
Considérons des systèmes avec une dimension linéaire L. Dans la suite de ce paragraphe, et sauf lorsque cela est dit explicitement, nous supposons que toutes les dimensions linéaires varient proportionnellement à L. Donc, toutes les aires S varient comme L2, les volumes V et les masses m comme L3. Les lois d’échelle correspondantes (Ln) de quelques grandeurs sont données dans le tableau 1.
Ces lois d’échelle montrent que différents phénomènes physiques varient différemment avec la taille des constituants. Lorsque l’on désire comparer les effets relatifs de différentes grandeurs caractérisées par différents n dans Ln, plus grand est n, plus son effet est important à grand L. Ou, à l’opposé, moins son effet est important à petit L. Cela est illustré sur...
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