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RÉSUMÉ
En dispersant correctement des nano-objets dans diverses matrices, on obtient des matériaux composites dont les propriétés offrent de nouvelles opportunités. Cependant, il est indispensable de caractériser les nano-objets au préalable et d'en contrôler la qualité pour garantir la reproductibilité des propriétés visées. La taille, la morphologie, la composition, la surface spécifique sont des exemples de propriétés incontournables des nano-objets. Le contrôle de l'environnement de travail a, lui aussi, son importance.
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Stéphanie GEORGE : Ingénieur civil chimiste, diplômée de l'Université de Liège (ULg) - Ingénieur Projets chez Sirris
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Nicolas LAMPROYE : Ingénieur civil chimiste, diplômé de l'Université de Liège (ULg) - Ingénieur Projets chez Sirris
INTRODUCTION
Depuis plusieurs années, les milieux scientifiques et industriels manifestent un intérêt croissant pour les nanotechnologies dans des domaines aussi variés que la médecine, la chimie ou encore les sciences des matériaux. Cet intérêt est justifié par les propriétés inédites et parfois surprenantes des nano-objets. En effet, des propriétés élémentaires que l'on considère comme des constantes, telles que la température de fusion ou les constantes cinétiques des réactions chimiques, se trouvent modifiées lorsque le matériau se présente sous forme nanométrique. Il apparaît de façon assez évidente que ces écarts apparemment sibyllins par rapport aux théories établies sont dus aux caractéristiques particulières des nano-objets. C'est pourquoi la détermination de ces caractéristiques revêt une importance capitale pour les applications ainsi que pour le développement des marchés et des technologies. Une grande majorité des techniques actuellement utilisées pour la caractérisation de nano-objets n'ont pas été développées initialement dans ce but. Dès lors, il est important de connaître les limitations et les avantages de ces techniques dans le cadre des nanotechnologies. Comme nous le verrons dans cet article, il importe de choisir les méthodes qui peuvent être utilisées en fonction de la situation rencontrée et des informations visées. Le raisonnement s'applique aussi aux nanocomposites (matériaux incluant des nano-objets) dont la caractérisation met en évidence leurs propriétés améliorées. Ainsi peut on envisager l'exploitation du potentiel énorme qu'ils représentent.
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2. Techniques de caractérisation des nano-objets
2.1 Propriétés physico-chimiques des nano-objets
De nombreuses propriétés des matériaux généralement considérées comme des constantes commencent à varier lorsque l'on approche puis atteint l'échelle nanométrique. Ces variations sont corrélées à la taille des objets impliqués. Afin de comprendre et d'expliquer ce phénomène, il est indispensable de connaître la taille ainsi que la morphologie des nano-objets impliqués, sous peine de mal interpréter les variations observées.
La connaissance de la taille et de la morphologie des nano-objets a une incidence sur la sécurité des personnes. Une propriété importante des nano-objets est leur propension à passer en suspension dans l'air et à y rester. La facilité avec laquelle ce phénomène se produit est déterminante dans l'évaluation de la probabilité d'une contamination humaine par inhalation. Or, cette volatilité est fortement influencée par la masse des nano-objets, elle-même dépendante de la taille et de la morphologie. On comprend aisément que des nanoparticules sphériques formeront moins facilement des agglomérats et seront donc plus volatiles que des nanofibres qui auront tendance à s'entremêler pour former des agglomérats qui sédimenteront plus aisément. De même, la taille est un facteur important. Ainsi, à densité équivalente, les « petits » nano-objets sédimentent plus lentement que les « gros ». Par conséquent, la taille et la morphologie des nano-objets conditionnent fortement leur utilisation et la sécurité.
Un grand nombre de méthodes qui donnent accès à la taille et la morphologie s'appuient sur la microscopie qui permet de visualiser le nano-objet et, dans une certaine mesure, d'en apprécier les dimensions et la forme. Au vu de la taille des nano-objets, la microscopie optique n'est guère utilisée. Malgré les avancées réalisées dans le domaine, les résolutions atteintes restent bien souvent trop faibles. Généralement, les techniques utilisées reposent sur la microscopie électronique ou la microscopie à sonde locale.
Ces techniques donnent accès à la taille des particules observées, mais pas...
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Techniques de caractérisation des nano-objets
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Nanoscience and nanotechnologies : opportunities and uncertainties. - The Royal Society and The Royal Academy of Engineering, juil. 2004.
-
(2) - COMMISSION EUROPEENNE - Recommandation de la Commission du 18 octobre 2011 relative à la définition des nanomatériaux. - – 2011/696/UE (2011).
-
(3) - GARINI (Y.), VERMOLEN (B.J), YOUNG (I.T.) - From micro to nano : recent advances in high resolution microscopy. - Analytical biotechnology, 16, p. 3-12 (2005).
-
(4) - SEEBACHER (S.), OSTEN (W.), VEIKO (V.P.), VOZNESSENSKI (N.B.) - Inspection of nano-sized SNOM-tips by optical far field evaluation. - Optics and Lasers in Engineering, 36, p. 451-473 (2001).
-
(5) - MONTGOMERY (P.C.), SERIO (B.), ANSTOTZ (F.), MONTANER (D.) - Far field optical microscopy : how far can you go in nanometric characterization without resolving all the details ? - Applied Surface Science, 281, p. 89-95 (2013).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Air quality – particle size fraction definitions for health-related sampling - ISO 7708 1995 - 1995
-
Nanotechnologies – Terminology and definitions for nano-objects – Nanoparticle, nanofibre and nanoplate - ISO/TS 27687:2008 - 2008
-
Nanotechnologies — Occupational risk management applied to engineered nanomaterials - ISO/TS 12901:2012 - 2012
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Constructeur d'appareil de mesure de nanoparticules dans l'atmosphère
Grimm aerosol technik GmbH KG http://www.grimm-aerosol.com/
DEKATI https://www.dekati.com/
Naneum http://www.naneum.com/
Palas http://www.palas.de/en/
Hauke KG http://www.hauke.at/
PIXE International Corporation http://pixeintl.com/Impactor.asp
MSP Corporation http://www.mspcorp.com/
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
AFSSET (Agence française de sécurité sanitaire de l'environnement et du travail) http://www.afsset.fr/
NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) http://www.cdc.gov/NIOSH/
IRSST (Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail) http://www.irsst.qc.ca/
INRS (Institut...
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