Présentation

1.2.1. Définitions

Nanométrique : domaine de dimension compris entre 1 et 100 nm (ISO/TS 27687, 2008). Nano-objets: matériaux présentant une, deux ou trois dimensions externes de taille

nanométrique (ISO/TS 27687, 2008).

Nanoparticules : nano-objets dont les trois dimensions externes sont de taille nanométrique

(ISO/TS 27687, 2008).

Nanomatériaux : matériaux dont les dimensions externes sont à l’échelle nanométrique ou

possédant une structure interne ou surface à l’échelle nanométrique (ISO/TS 80004-1, 2010). Les trois catégories principales de nanomatériaux sont présentées sur la figure 3 (Hansen et al., 2007).

Figure 3. Classification des nanomatériaux selon la localisation de la nanostructure dans le matériau (Hansen et al., 2007)

Nanocomposés: composés multiphasiques dans lesquels au moins une des phase a une taille

Synthèse bibliographique

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1.2.2. Origine naturelle ou anthropique

Les nanoparticules sont présentes de manière ubiquitaire et sont généralement désignées sous le terme « particules ultra-fines ». Les particules présentes naturellement dans l’environnement proviennent, entre autres, des éruptions volcaniques, des aérosols marins, de l’érosion des sols et des feux de forêts (Buzea et al., 2007). Les sources non intentionnelles d’origine anthropique rejettent des particules ultra-fines principalement par le biais des procédés industriels, la combustion, le chauffage, les rejets de diesel, les fumées de tabac… (Buzea et al., 2007). Les nanomatériaux manufacturés correspondent à des matériaux intentionnellement produits avec des particules nanométriques. Il existe actuellement 2 méthodes de production des nanomatériaux :

- l'approche ascendante ou de bas en haut (« bottom-up »), qui correspond à l'assemblage à partir des éléments de base de la matière, atome par atome ou molécule par molécule, pour construire des systèmes plus grands. Les techniques pour la méthode ascendante sont l’auto-assemblage, l’érosion laser, la pyrolyse laser ou la synthèse chimique;

- l'approche descendante ou de haut en bas (« top-down »), qui correspond à la réduction des matériaux existant à des dimensions nanométriques, est réalisée en utilisant les techniques de broyage, compactage ou frittage.

1.2.3. Propriétés et applications

L’engouement pour les nanomatériaux manufacturés vient du fait que les nanoparticules (NP) possèdent des propriétés uniques par rapport aux matériaux macroscopiques de même nature et qu’elles présentent une variété d’applications (Tab.I). En effet, les nanoparticules présentent une réactivité de surface plus importante que les plus grandes du fait de leurs petites tailles (Poole et Owens, 2003). Outre la taille, les nanomatériaux ont des propriétés mécaniques qui permettent d’améliorer la résistance des matériaux sans compromettre leur plasticité et des propriétés électriques qui améliorent l’isolation par leur conductivité électrique (Afsset, 2010). Les nanoparticules présentent également des propriétés de barrière, d’ininflammabilité car certaines d’entre elles permettent la résistance et l’isolation des matériaux (Afsset, 2010). Les propriétés optiques de nanoparticules de TiO2 et de ZnO, sont généralement utilisées dans les matériaux (ex : peintures, verre, dentifrice, produits cosmétiques) du fait de leurs longueurs d’ondes inférieures au visible (transparence) et leur

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absorbance des UV (Afsset, 2010). Les propriétés magnétiques et catalytiques de certaines nanoparticules (ex : nanoparticule d’oxyde de fer) ainsi que leur utilisation en tant que membranes nanostructurées, ou nano-adsorbants montrent que les nanoparticules peuvent être des outils prometteurs pour la dépollution des eaux et des sols et le traitement des eaux de consommation (Masciangioli et Zhang, 2003; Zhang, 2003; Hu et al., 2005; Auffan et al., 2007).

Les nanosciences et les nanotechnologies interviennent à l’échelle moléculaire, et permettent donc de mieux comprendre l’organisation et la structure des cellules, jusqu’aux protéines et à l’ADN. Les nano biotechnologies permettent de concevoir des nano-transporteurs utilisés pour la vectorisation des médicaments. Les nano transporteurs ont pour but de franchir les barrières biologiques et, grâce à un encapsulage, permettre au principe actif d’atteindre la cible (Brigger et al., 2002). Ces techniques permettraient de distribuer un médicament à la dose adéquate, précisément sur l’organe ou le tissu cible (Duncan, 2006). Les nanoparticules enrobées de polymères et/ou de ligands cibles sont également utilisées dans les traitements anti cancer pour réduire la prolifération des cellules des tumeurs (Brigger et al., 2002; Kukowska-Latallo et al., 2005).

Tableau I. Principales applications des nanoparticules dans différents secteurs

Nanoparticules ^{Propriétés Applications Secteurs}

C60 conductivité Fil conducteur, transistor, diode Electronique

Nanotube de carbone

résistance amélioration performance des raquettes Sport résistance résistance mécanique et imperméabilité Textile adsorption traitement eau potable/ pollution Environnement

Noir de carbone résistance élastomère Matériaux

Silice

isolant électronique Electronique

anti-agglomérant additif Alimentation

poreux nanovecteur- délivrance ciblée de médicaments Santé, pharmacie

adhérence pneu Automobile

Argent antibactérien ^{vêtements Textile}

pansements Santé, pharmacie

Dioxyde de Titane

pigment dentifrice

Cosmétique

anti UV crème solaire

pigment peinture

Matériaux photocatalytique vitrage/ béton autonettoyant

Oxyde d'Aluminium ^{adsorption traitement eau potable/ pollution Environnement}

catalyse traitement eau potable/ pollution Environnement

Oxyde de Fer adsorption/magnétique traitement eau potable/ pollution Environnement

Oxyde de zinc ^{anti UV crème solaire} Cosmétique

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1.2.4. Stabilité des nanoparticules

La stabilité des NP dépend de leurs propriétés physico-chimiques. Les NP présentent un ratio surface/volume (S/V) élevé du fait de leur taille nanométrique. En effet, plus les particules sont de petites tailles, plus le pourcentage d’atomes en surface est important (Tab.II). Ainsi, les nanoparticules présentent généralement une plus forte réactivité de surface que les particules de taille macroscopique. La charge portée par la particule et sa réactivité chimique jouent un rôle important dans les propriétés des nanoparticules (Hoet et al., 2004).

Tableau II. Nombre d’atomes en surface et pourcentage d’atomes en surface pour différentes tailles des NP de

GaAs (taille unitaire, a= 0.565 nm) (Poole et Owens, 2003)

Nombre de NP N Taille (nm) nxa Nombre total d'atomes Nombre d'atomes en surface Pourcentage d'atomes en surface 2 1.13 94 48 51.1 3 1.7 279 108 38.7 4 2.26 620 192 31 5 2.83 1165 300 25.8 6 3.39 1962 432 22 10 5.65 8630 1200 13.9 15 8.48 2.84x10⁶ 2700 9.5 25 14.1 1.29x10⁶ 7500 5.8 50 28.3 1.02x10⁶ 3.0x10⁴ 2.9 100 56.5 8.06x10⁶ 1.2x10⁵ 1.5

Les nanoparticules peuvent être présentes sous forme de particules primaires libres, d’agglomérats ou d’agrégats (Fig. 4). Les agglomérats correspondent à un ensemble de particules liées par des forces faibles (ex : force de Van der Waals) alors que les agrégats sont des particules maintenues par des liaisons chimiques fortes. Contrairement aux agrégats (difficilement séparables), les agglomérats sont facilement dissociables et peuvent être dispersés en nanoparticules libres en utilisant différentes techniques (ex : la sonication). La capacité des NP à former des agrégats ou des agglomérats peut s’expliquer par leur grande réactivité de surface. La stabilité des NP dépend de la double couche électrique dont les propriétés sont le potentiel zêta (charge de surface) et l’épaisseur de la double couche électrique. En effet, une augmentation de la force ionique diminue l’épaisseur de la double couche électrique et le potentiel zeta, ce qui entraîne l’agglomération des nanoparticules (French et al., 2009; Jiang et al., 2009). Le potentiel zeta correspond à la charge de surface

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