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Physique de la matière condensée

Des perles de carbone aux pays des nanotubes

« Les billes de carbone naissent au matin sur les nanotubes comme des perles de rosée sur la toile d'une araignée »1. Les premiers mots d'un poème ? Plutôt une façon imagée de dépeindre le travail de recherche de Claire Berger et de ses collègues physiciens, principalement français et américains2. C'est par hasard, en étudiant des tubes de carbone au microscope, que l'équipe du professeur Walt de Heer observe pour la première fois la présence de petites billes. Ces quelques gouttes de carbone remettent en question la formation des nanotubes. On supposait, jusqu'à présent, qu'ils se constituaient à partir de vapeur de carbone et non de carbone liquide. Composés d'un ou plusieurs plans de graphite enroulés sur eux-mêmes, ces « cylindres » de carbone pur sont très longilignes : leur longueur est de plusieurs microns et leur diamètre de 1 à 50 nanomètres3. Pour obtenir

Perles de carbone

© D.Ugarte

De haut en bas : Gouttes de rosée perlant sur une toile d'araignée. Perles de carbone amorphe sur les nanotubes (microscopie électronique à balayage). La taille des perles est de 100 à 300 nm.
Perles de carbone amorphe sur les nanotubes (microscopie électronique à transmission), montrant que les billes recouvrent les nanotubes intacts.

une fibre de l'épaisseur d'un cheveu, il faudrait en réunir 50 000 ! L'une des méthodes pour les fabriquer est le dépôt « à l'arc électrique ». « Dans ce cas, commente Claire Berger, un arc électrique est créé entre deux électrodes de carbone sous atmosphère d'hélium. Sur la cathode, sont récupérées des aiguilles de nanotubes souvent perlés de quelques-unes à une douzaine de billes de carbone amorphe4 ». Auparavant, on pensait que les nanotubes se formaient uniquement par agglomération d'atomes en phase vapeur. Or, « aux très hautes températures de l'arc, nous pensons que du carbone liquide se crée. Il s'évapore ensuite massivement, provoquant le refroidissement de la goutte. Dans cette goutte de liquide surfondu, les aiguilles de nanotubes se constituent, et les tubes qui se trouvent à la périphérie des aiguilles se recouvrent d'un liquide visqueux qui perle comme des gouttes de rosée. » Les applications possibles de cette découverte sont encore incertaines. Car si on parle beaucoup du potentiel industriel des nanotubes, matériaux à la fois flexibles, très résistants, stables et conducteurs, « plus de dix ans après leur découverte, très peu d'applications sont sur le marché. Ils servent le plus souvent d'adjuvant dans des peintures pour les rendre conductrices. » Qu'apporteront ces nouvelles données sur leur formation ? Il est trop tôt pour le dire, et les billes de carbone n'ont pas encore livré tous leurs secrets.

 

Géraldine Véron

 

Notes :

1. Dessin humoristique réalisé par Gzav pour le site internet Futura-Sciences.
2. Du Laboratoire d'études des propriétés électroniques des solides (CNRS) à Grenoble, du Groupe de dynamique des phases condensées (CNRS / Université Montpellier-II) et de l'Institut de technologies de Géorgie à Atlanta.
3. Un millionième de millimètre.
4. État désordonné de la matière, opposé à l'état cristallin.

Contact

Claire Berger, Laboratoire d'études des propriétés électroniques des solides, Grenoble, berger@grenoble.cnrs.fr

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