Histoires de réussite - Doter la métrologie de mesures de référence applicables aux nanotubes de carbone dans deux domaines de recherche du CNRC

Le 1 mars 2009 — Ottawa, Ontario

Les métrologues de l’Institut des étalons nationaux de mesure du CNRC et les chimistes de l’Institut Steacie des sciences moléculaires travaillent en collaboration afin de déterminer les caractéristiques chimiques des nanotubes de carbone monoparoi et de produire les matériaux de référence nécessaires à la vérification de la précision des calculs de pureté relatifs aux nanotubes de carbone monoparoi.

On définit généralement la nanotechnologie comme l’étude, l’exploitation et la manipulation de la matière à une échelle inférieure à 100 nm de dimension. On connaît déjà les nanostructures puisqu’elles existent à l’état naturel en tant que particules du sol ou biomolécules et qu’elles sont aussi produites de façon involontaire, par exemple dans l’échappement des diésels, mais les nanomatériaux fabriqués intentionnellement et la création de produits possédant des propriétés innovantes ont pris une importance majeure dans la recherche consacrée à ce domaine. Aujourd’hui, il existe plus de 800 produits de consommation qui sont modifiés à l’aide de nanoparticules dans des secteurs comme l’automobile, l’électroménager, l’électronique, les aliments et boissons, la santé et la forme ainsi que la maison et le jardin. À l’échelle nanométrique, les caractéristiques des matériaux changent et de nouvelles propriétés apparaissent, principalement en raison de l'augmentation du rapport surface/volume et de la proportion accrue d'atomes à la surface de la particule. Les nanotechnologies offrent la possibilité de générer des propriétés innovantes et utiles, mais il faut tenir compte des risques que leur usage peut présenter. La présence, le devenir et la toxicité des nanoparticules dans l’environnement et dans le corps humain n’ont pas encore été évalués.

Une métrologie précise est essentielle à la fabrication à l'échelle nanométrique de nouveaux matériaux, appareils et produits. Les étalons de mesure issus du Système international d’unités (SI) constituent la base d’une caractérisation et d’une évaluation fiables permettant de créer des produits de qualité qui seront acceptés par le plus grand nombre sur le marché mondial. De plus, pour pouvoir découvrir des applications originales à valeur ajoutée, il faut posséder des outils de mesure qui produisent des résultats reproductibles acceptés dans le monde entier. Les fabricants qui exploitent le savoir-faire métrologique et qui disposent des meilleurs outils de mesure sont prêts à produire des technologies innovantes de qualité supérieure.

Les nanotubes de carbone font partie des premiers grands produits fabriqués à l’échelle nanométrique à être mis sur le marché. Les mesures quantitatives et la caractérisation fiables et reproductibles des échantillons de nanotubes de carbone nous ont permis de comprendre ces matériaux, de créer de nouvelles applications intégrant ces matériaux et d’élaborer une base de connaissances sur la toxicologie liée à ces nanotubes. Il a été déterminé que les propriétés physiques des nanotubes de carbone sont fortement influencées par le processus qu’ils subissent : méthodes de fabrication, prétraitement d’échantillon et manipulation ultérieure. Ces facteurs peuvent entraîner des difficultés si l’on compare les mesures réalisées sur diverses séries d’échantillons et les mesures effectuées sur le même échantillon par d’autres analystes ou laboratoires. Il est donc nécessaire de définir une méthode commune pour la préparation des échantillons.

Le principal obstacle à la caractérisation adéquate des nanoparticules manufacturées est le manque de matériaux de référence de nanomesures scientifiquement crédibles sur les nanostructures en vue de valider et de créer des outils d’évaluation de l’exposition (instruments, protocoles et méthodes) et de normaliser les analyses toxicologiques (matériaux et protocoles). En collaboration avec l’Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC, l’IÉNM du CNRC tente de remédier à ce problème en élaborant un matériau de référence pour les nanotubes de carbone monoparoi qui sera caractérisé pour un certain nombre de propriétés physicochimiques.