Introduction générale aux nanomatériaux

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1 Introduction générale aux nanomatériaux J.Lecomte, M.Gasparini 16/10/2014 le centre collectif de l industrie technologique belge

2 Notre centre Federation for the technology industry Collective centre of the technology industry Nonprofit organisation Industry owned Mission Increase the competitiveness of companies of the Agoria sectors through technological innovations 2

3 Présence locale, proche de l industrie Ghent Materials Engineering Leuven Mechatronics Technology Coaching Brussels Software Engineering & ICT Technology Coaching Hasselt Materials Engineering Production Technology Charleroi Rapid Manufacturing Liège Rapid Manufacturing Materials Engineering Nanomaterials > 120 experts in 6 sites in the 3 regions sirris /06/2007 3

4 Groupe Materials Engineering Veille technologique Propriété intellectuelle Contacts industriels (Belgium-Europe) Groupe Nanopoudres & Plasma Groupe Rapid Manufacturing Mai 09 4

5 Les Nanos c est quoi? Selon les Grecs (anciens) : Nano = quelque chose de petit Depuis quelque temps (1960) : Nano = 1 milliardième de quelque chose C est donc le préfixe qualifiant de toutes petites grandeurs physiques.

6 Les Nanos c est quoi? Nanomonde =< 100 nanomètres Nanomonde

7 Les Nanos c est quoi? nanoobjet

8 Les Nanos c est quoi? NanoMatériaux A l état macroscopique on trouve des nanomatériaux dans : - Les nanocomposites - Fumées de silice dans bétons - Noir de carbone dans les pneus - Argent dans textiles - CNT dans plastiques - Les matériaux nanostructurés en surface - Traitement surface de verre anti-salissure - Effet lotus - Les matériaux nanostructurés en volume Nanoporosité ou structure cristalline

9 Les Nanos Pourquoi? Les propriétés à la taille nano ne sont pas les mêmes qu à la taille macro Plus de particules par unité de volume Plus d atomes en surface Plus d atomes aux joints de grains Plus de joints de grains Les phénomènes quantiques prennent le pas sur ceux de la physique traditionnelle!

10 Les Nanos Pourquoi? Petites causes grands effets! Nanostructuration de l acier et des céramiques Surface spécifique importante Accroissement de la conductivité des fluides caloporteurs Propriétés barrières Propriétés ignifuges Effets quantiques liés à la taille Propriétés semi-conductrices à façon Propriétés magnétiques spécifiques Capacités bactéricides

11 Les Nanos c est fait comment?- Sirris Procédé par torche à plasma Deux lignes Un générateur RF (5 MHz, 60 kw) 11 sirris /05/2008

12 Les Nanos comment les caractérise-t-on? Important de connaitre les propriétés exactes des nanomatériaux! nécessité de les caractériser Deux types de caractérisation : Méthodes de caractérisation physiques Méthodes de caractérisation chimiques

13 Evolution dans les textiles Aujourd hui Textiles hydrophobes, antibactériens, parfumés Demain Textiles protégés contre les UV (nano-tio2), protégés de la chaleur (aerogels), résistants à l usure, A 5 ans Régulation thermique active grâce à des matériaux à changements de phase, OLED intégrés, A 10 ans Capteurs/actuateurs intégrés pour supporter activement les mouvements, assistance numérique intégrée. sirris

14 Evolution dans l automobile Aujourd hui Catalyseurs nanostructurés, nanocouches contre la corrosion et l usure, Couches anti-reflets, additifs nanos pour les pneus, capteurs, peintures anti-griffe. Demain Additifs diesel, phares LED, disques en polymères, composites nanostructurés, batteries optimisées A 5 ans Cellules solaires en films minces pour les toits des voitures, piles à combustible, nouveaux matériaux absorbeurs de chocs, nanoadhesifs. A 10 ans Peintures modulables et auto-cicatrisantes, carrosserie adaptable pour une meilleure pénétration dans l air, assistance intelligente à la conduite, voitures connectées sirris

15 Applications des nanotechnologies Nanotubes de carbone (Nanocyl) Nanostructuration de textiles (effet lotus) sirris

16 Applications des nanotechnologies (2) Nanocomposites dans l automobile (PP + nanocharges) Nanopoudres de céramiques pour des coatings plus efficaces sirris

17 Applications des nanotechnologies (3) Surfaces hydrophobes Nanostructuration pour les peintures de carrosserie à effets visuels sirris

18 Applications des nanotechnologies (4) Piles à combustible: nanocubes pour le stockage d hydrogène Production d eau potable: nano-membranes pour la purification de l eau. Désalinisation de l eau de mer par osmose inverse sirris

19 Applications des nanotechnologies (5) Nanocouches d aluminates de calcium dans le béton pour augmenter sa résistance à la compression et la flexion Verres auto-nettoyants sirris

20 Applications des nanotechnologies (6) Résistance au feu de polymères contenant des nano-clays Produits solaires avec nanoparticules de zinc ou de titane sirris

21 Les Nanos est-ce dangereux? Aspects Sécurité/hygiène Une nanoparticule pénètre la peau ou les parois pulmonaires sans la moindre contrainte. Si le rapport surface/volume stimule la catalyse dans un process chimique, qu en est-il dans le corps humain?

22 Les Nanos est-ce dangereux? A l heure actuelle : Les études semblent mettre en évidence un dangerosité certaine des nanomatériaux Encore plusieurs années avant un avis définitif! Principe de précaution : On considère les nanomatériaux comme dangereux pour la santé protection des personnes en conséquence sirris

23 Les nano-composites Objectifs - - Améliorer les propriétés d un matériau en lui adjoignant des nano-particules - - Eviter la manipulation de nano-particules libres. Comment? - Incorporation de nanos dans une matrice solide u-ou une suspension liquide. - Mise au point de m thodes d incorporation qui optimisent la dispersion. 23 sirris

24 Composites métalliques Cu et nano-objects Principe - Incorporation de nano-objets dans une matrice métallique Objectifs - Modifier les propriétés du matériau de base - Production de master batches Ni et nano-objects Propriétés visées: - Conductivité thermique - Conductivité électrique - Dureté - Résistance mécanique 24 sirris

25 Registre belge des nanomatériaux Février 2014: Approbation par le conseil des ministres d un projet d arrêté royal concernant les nanomatériaux et la création n un registre belge des nanomatériaux. But: Assurer la traçabilité des nanoparticules Comment: En mettant un place un registre national des nanomatériaux alimenté par l enregistrement des substance et mélanges contenant de telles substances. Qui doit enregistrer les substance et mélanges: Les producteurs qui mettent de tels produits sur le marché. sirris

26 Registre belge des nanomatériaux Implications de l arrêté royal sur les nanomatériaux La définition adoptée pour un nanomatériau est celle de la Commission européenne: Le nanomatériau est ainsi défini comme : "un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d agrégat ou sous forme d agglomérat, dont au moins 50 % des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm" 2. Tous les nanomatériaux à partir de 100g/année civile produits en Belgique ou mis sur le marché belge pour un usage professionnel doivent être enregistrés avant le 1 er janvier Tous les mélanges qui contiennent sur base annuelle 100g ou plus de nanomatériaux doivent enregistrés avant le 1 er janvier Dans les deux cas, l enregistrement doit être accompagné des données requises dans l annexe d application. sirris

27 Merci pour votre attention le centre collectif de l industrie technologique belge

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