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Nanotubes de carbone

Par MD - Dernier ajout novembre 2018

Cette fiche a vocation à être complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.

Sommaire :

Des nanotubes de carbone ?

Découverts il y a deux décennies, les nanotubes de carbone constituent une nouvelle forme de carbone.
Il en existe une grande variété et leurs caractéristiques physico-chimiques varient selon leur procédé de fabrication ou de mise en oeuvre.

Ces nano-objets sont des feuillets de graphène enroulés sur eux-mêmes, formant des cylindres creux, avec au moins deux dimensions dans l'échelle nanométrique.
Ils peuvent être divisés en deux grands groupes :
  • les nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT : single-walled carbon nanotube), qui sont constitués d’une feuille de graphène, enroulés sous forme de tube cylindrique,
  • les nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT : multi-walled carbon nanotube) constitués de plusieurs tubes concentriques.
Leur diamètre moyen varie du nanomètre (SWCNT) à quelques dizaines de nanomètres (MWCNT), jusqu'à 100 nm.
Leur longueur varie également de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres, elle peut même atteindre plusieurs mètres dans certains cas.

Quelles propriétés ?

En raison de leurs propriétés exceptionnelles - conductivité électrique, résistance mécanique et conductivité thermique, les nanotubes de carbone ont été présentés comme des matériaux révolutionnaires pour les secteurs industriels comme l'électronique, l'aérospatiale ou la nanomédecine.

L'importance de leur rapport "longueur sur diamètre" confère en effet aux nanotubes de carbone des propriétés très particulières, exploitées ou convoitées :
  • pour les matériaux (dissipation électrostatique, renforcement mécanique),
  • pour les revêtements (conductivité électrique aux adhésifs et encres par exemple),
  • pour l'énergie (allongement de la durée de vie de systèmes de stockage d'énergie en permettant un nombre de cycles charges/décharges plus important ; accroissement des performances des batteries li-ion)
  • pour la catalyse
  • pour le domaine médical : vectorisation de médicaments ou imagerie notamment.

Pourtant, fin 2017, le "miracle" semble ne pas avoir été au rendez-vous ; les applications industrielles fonctionnelles semblent rares. Les nanotubes de carbone sont difficilement combinables avec d'autres matériaux, ou lorsqu'ils peuvent être combinés, peuvent perdre les propriétés pour lesquelles on les a fabriqués1...

Quelle quantité sur le marché ?

En 2016, entre une et dix tonnes de nanotubes de carbone ont été déclarées au registre R-nano comme ayant été produites et/ou importées en France en 20152 dans le cadre de la déclaration obligatoire.
Le flou est grand : cette fourchette illustre le poids accordé par les pouvoirs publics au secret industriel et commercial qui empêche aujourd'hui d'avoir une bonne appréhension des quantités et usages de ces particules, malgré les demandes d'information de plus en plus pressantes de la part d'un nombre croissant d'acteurs.

Mais surtout, c'est peu en regard de ce que laissaient présager les annonces autour des promesses des nanotubes de carbone..

Quelques sites (et difficultés) de production

D'ici à 2020, le groupe russe OCSiAl a prévu d'installer la plus grande production industrielle au monde de nanotubes en carbone à paroi simple au Luxembourg, dans la zone d'activités Hanebësch de Differdange3.

En France, Arkema avait démarré en 2006 sur son site de Lacq le premier pilote de laboratoire capable de produire près de 20 tonnes par an de nanotubes de carbone. En 2009, l'entreprise avait annoncé la construction d'une unité pilote de production de nanotubes de carbone sur son site de Mont (Pyrénées-Atlantiques)4. D'une capacité potentielle de 400 tonnes/an, l'unité n'aurait produit que 40 tonnes, en une seule fois, entre 2011 et 2015. "40 tonnes toujours stockées sur place", selon Éric Frasca, délégué CGT du site de Lacq-Mourenx5.

En Allemagne, Bayer a également arrêté sa fabrication de nanotubes de carbone en 20136.

En Belgique, Nanocyl dispose d'un pilote industriel qui n'est "toujours pas rentable quinze ans après sa création"7.

La concurrence asiatique expliquerait les difficultés des producteurs européens (en 2013, le chinois CNano Technology et le japonais Showa Denko étaient de plus en plus importants sur le marché des nanotubes de carbone).

Aux Etats-Unis, parmi les acteurs du marché citons Hyperion Catalysis ou plus récemment la start-up californienne Saratoga Energy, qui a développé un procédé électrolytique prometteur permettant de transformer à bas coût le CO2 en nanotubes de carbone (moins de 5 dollars par kilogramme, soit cent fois moins que leur coût actuel de production en phase gazeuse sur support catalytique)8.

Quels risques ?

Les propriétés physico-chimiques intrinsèques des nanotubes de carbone soulèvent de nombreuses inquiétudes concernant leurs effets sur la santé humaine.
Au vu des effets délétères susceptibles d'être entraînés par certains nanotubes de carbone dont certains entraînent des effets comparables à ceux provoqués par l'amiante, l'Agence française de sécurité sanitaire (ANSES) a préconisé en 2014 leur classement comme substances dangereuses afin que soient mises en place des mesures de restriction d'usage voire d'interdiction de l'utilisation de certaines applications grand public.

⇒ Voir plus de détails sur notre fiche spécifiquement dédiée aux risques des nanotubes de carbone.

En savoir plus

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Ailleurs sur le web :

NOTES et REFERENCES

1 - Fine felted nanotubes CAU research team develops new composite material made of carbon nanotubes, Kiel University, 21 novembre 2017

2 - Cf. Le registre R-nano, veillenanos.fr

3 - Cf. Nanomatériaux : un projet à 100 millions d’euros et 200 emplois à Differdange, Le Quotidien, 5 juillet 2017

4 - Arkema construit en France une unité pilote de production de nanotubes de carbone, Arkema, communiqué de presse, 17 septembre 2009

5 - Mont : les nanotubes de carbone dans le collimateur de la Sepanso, La République des Pyrénées, 25 février 2015

6 - Voir notamment :

7 - Nanocyl, fleuron technologique wallon, n'est toujours pas rentable quinze ans après sa création, RTBF, 9 octobre 2016

8 - 14 nominées et 3 gagnantes au start-up challenge du World Materials Forum 2017, L'Usine nouvelle, 25 avril 2017


Fiche initialement mise en ligne en juillet 2017
 Arkema nanotubes de carbone