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Nanophases métalliques - Définitions, élaboration et propriétés

Les nanophases métalliques sont présentes dans des applications aussi variées que l’électrotechnique, l’électronique, le numérique et l’information, la chimie et la santé. Leur utilisation est soit intentionnelle, afin d’exploiter les propriétés spécifiques de l’échelle nanométrique, soit subie, dans la tendance toujours plus forte à la miniaturisation des produits. L’objectif de cet article est de montrer et de comprendre pourquoi de nouvelles propriétés apparaissent quand un matériau devient ce que l’on appelle un nanomatériau. On se limite aux métaux et alliages métalliques à l’état solide, mais la démarche peut se généraliser à tous les types de phases. Il est d’ailleurs parfois fait référence, pour illustrer le propos, aux céramiques et aux polymères, et à l’état liquide. On pourrait penser qu’il s’agit seulement de changer la nature de la liaison chimique. Pourtant, cela a de fortes répercussions : le métal est par exemple ductile, la céramique fragile. L’intérêt de se restreindre aux métaux est que la plupart des propriétés sont abordables sous l’angle de la physique classique, par « opposition » à la physique quantique.

Sous-jacent à l’objectif principal, il s’agit ici pour le lecteur de bien comprendre ce que sont les nanophases et les nanomatériaux, d’en donner une définition claire, et donc de se munir d’une méthode pour identifier le passage de l’état de la matière standard à l’état nano. Avant d’aborder cet aspect, il peut être légitime de se demander s’il y a un quelconque intérêt à découvrir de nouveaux matériaux, dont font partie la plupart des nanomatériaux. L’article ne sera pertinent que s’il est convainquant sur ce point.

Il faut aussi noter qu’une autre façon d’aborder les nanophases – autre que la recherche de nouvelles propriétés –, c’est le fait de les subir. Nous savons tous que les technologies tendent vers toujours plus de miniaturisation. Les composants de nos ordinateurs, nos téléphones, mais aussi des moteurs d’essuie-glace de nos véhicules (!) sont de plus en plus de faibles dimensions. Le passage à la nanophase a parfois pour effet de produire de nouveaux comportements. Ashby a montré dans les années 1970 pourquoi un objet métallique ductile devient fragile à très petites dimensions. En 1949, Taylor a observé que du verre de vitre à très petite taille devient plastique ! Il semble important pour le métallurgiste, et plus largement le spécialiste en science des matériaux, d’être conscient des effets de dimension sur les propriétés de la matière. Enfin, il faut prendre conscience que des nanophases sont présentes dans notre quotidien. La pollution atmosphérique la plus critique pour la santé est formée de nanoparticules.