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Une multiplicité d’effets sur les matériaux de construction

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Une multiplicité d’effets sur les matériaux de construction

Les nanotechnologies permettent aux matériaux d’acquérir de nouvelles propriétés. Les applications sont multiples et les perspectives ne cessent de croître, mais l’innocuité sur la santé humaine demeure indéterminée.

Dans le nanomonde, c’est-à-dire à une échelle du milliardième de mètre (10-9m) soit un million de fois plus petit que ce que l’on peut voir à l’œil nu, les nanomatériaux, les nanostructures, les nanocristaux ou encore les nanotubes améliorent les propriétés physiques, chimiques et mécaniques des matériaux de construction.

Un nanomatériau est défini par la Commission européenne 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 ».

Nanoparticules

L’accès à ce nanomonde se fait de deux manières : la voie descendante (Top Down) qui consiste à fragmenter la matière, et la voie ascendante (Bottom Up) qui, a contrario, consiste à construire la matière à partir de la manipulation d’atomes.
Les nanoparticules sont des particules manufacturées solides ou sphériques d’un diamètre inférieur à 100 nm. Parmi les nanoparticules utilisées, le dioxyde de titane (TiO2), l’oxyde de zinc (ZnO), la fumée de silice (SiO2), les ions argent ou l’oxyde d’aluminium (Al2O3) sont les plus couramment employés. Le dioxyde de titane est utilisé pour conférer aux matériaux des propriétés autonettoyantes et dépolluantes. Il a pour caractéristiques d’absorber les rayons ultraviolets, qui par réaction catalytique, dégradent de nombreux composés organiques par oxydation en composés inoffensifs. En utilisant l’énergie lumineuse, l’eau et l’oxygène de l’air, le dioxyde de titane agit comme un photocatalyseur qui, par oxydo-réduction, forme des radicaux libres capables de décomposer certains composés en substances inoffensives. À titre d’exemple, certains ciments à base de TiO2 piègent les polluants gazeux comme les oxydes d’azote et les COV pour les transformer en sel de nitrate de calcium et en CO2. L’oxyde de titane est également hydrophile et est utilisé pour fabriquer des vitrages autonettoyants, des peintures ou encore des tuiles. L’oxyde de zinc possède les mêmes caractéristiques que le dioxyde de titane et est utilisé pour les mêmes applications. La fumée de silice est principalement employée dans les bétons, car elle densifie le béton et en réduit la porosité, le rendant plus solide et plus durable. C’est notamment le cas pour tous les types de bétons à hautes performances (BHP, BTHP, BFUHP). Les fumées de silice ont, en effet, une action sur la granulométrie du mélange et comblent les vides, mais agissent également comme catalyseur avec la chaux vive. Des recherches sont en cours pour le développement d’un béton à base de fumée de silice composé d’agrégats de béton recyclé pour le stabiliser. Les ions-argent sont, quant à eux, employés pour leurs propriétés bactéricides et antifongiques. Les ions-Ag sont capables de détruire les microbes en perturbant leur métabolisme. On en retrouve dans de nombreux matériaux tels que les revêtements de sol, les vitrages ou encore les interrupteurs destinés au milieu hospitalier, aux cuisines et aux salles de bains. L’oxyde d’aluminium est employé dans la fabrication de films solaires et dans les produits de revêtement pour sa résistance à l’abrasion et à la lumière.

Nanostructures

Une nanostructure est une structure atomique dont la taille se situe entre un et 100 nanomètres. Les surfaces nanostructurées représentent une avancée importante pour la construction notamment dans la rénovation des bâtiments existants. « On les utilise dans les mortiers de réparation à base de liants hydrauliques, ou dans les colles à carrelage, explique Éric Boullenois, directeur technique et marketing chez BASF Construction Chemicals. Par leur formulation, l’association et la réaction avec des liants hydrauliques, on crée des nanostructures et des réseaux plus fins. Il en résulte un produit plus homogène, plus résistant et plus adhérant. »
Parmi les matériaux nanostructurés, les aérogels de silice se présentent comme un produit d’avenir pour l’isolation thermique des bâtiments. Il s’agit de silice nanostructurée constituée à 95 % d’air, ce qui en fait un produit extrêmement léger (< 0,05 g/cm 3 ) et totalement recyclable. Sa structure nanoporeuse présente des trous de 10 à 20 nm. L’air se confine dans les porosités et le rend trois fois plus isolant que la laine de verre. Semi-transparent, il bloque les rayons infrarouges et produit une lumière diffuse sans rayonnement direct. Commercialisé sous forme granulaire pour remplir des bardages ou encore des verrières, ce matériau offre des projets de développement qui se multiplient notamment pour la fabrication de superisolants flexibles pour l’ITI et l’ITE.

Vers des matériaux plus intelligents

Les nanotechnologies se sont développées il y a une dizaine d’années. Une infime part des possibilités a été explorée et de nombreuses applications, de nouveaux produits sont en cours de développement. Ainsi, les nanocristaux semi-conducteurs fluorescents, appelés « Quantum Dots », émettent une lumière de fluorescence dont la couleur dépend de leur taille, lorsqu’ils sont exposés aux ultraviolets. Ils pourraient jouer un rôle dans l’éclairage avec les diodes électroluminescentes, mais aussi dans le domaine du photovoltaïque. Les nanofibres pourraient générer une lumière de couleurs spécifiées dans les systèmes d’éclairage.
Des progrès sont également attendus pour les panneaux solaires, grâce au développement de cellules composées de nanofils de silicium sur les plaques de ce même matériau qui seront capables de transformer un plus large spectre solaire en électricité. Les revêtements électrochromes sont intéressants pour le vitrage.
En appliquant une couche mince de tungstène et une batterie électrochimique, le vitrage peut posséder deux états différents en passant de transparent à opaque. Les recherches sur les polymères offrent de belles perspectives, notamment en leur associant des propriétés métalliques pour le contrôle solaire dans les vitrages, ou en maîtrisant la composition des chaînes moléculaires pour obtenir un matériau plus résistant aux chocs. .

vous lisez un article des Cahiers Techniques du Bâtiment N°323

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