Les nanotubes de carbone, trop faibles pour un ascenseur spatial?

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Il a suffi d’un seul atome pour condamner le rêve d’un ascenseur spatial. Les nanotubes de carbone sont connus comme un potentiel matériau spectaculairement solide qui pourrait être employé dans quantité d’objets, des vélos de course aux composantes informatiques.

Mais, écrit le New Scientist, il semble désormais qu’un seul atome se trouvant au mauvais endroit serait suffisant pour réduire leur force de plus de la moitié. Cela signifie que l’une des applications les plus extraordinaires pour des fibres formées de nanotubes – un élévateur spatial digne de la science-fiction – pourrait ne jamais exister.

La force des tubes découle de leur structure atomique, avec des parois formées d’une seule couche d’atomes de carbone formant une grille hexagonale. Des études théoriques portent à croire qu’un seul nanotube pourrait avoir une résistance de 100 gigapascals, ce qui en ferait l’un des matériaux les plus solides, mais les efforts visant à tisser plusieurs nanotubes en une fibre de grande taille facilement utilisable n’ont produit que des cordes d’une force d’un gigapascal.

Pour découvrir l’explication de ce phénomène, Feng Ding, de l’Université polytechnique de Hong Kong, et ses collègues ont simulé des nanotubes avec seulement un atome ne se trouvant pas à sa place, transformant deux des hexagones en un pentagone et un heptagone, et créant une déformation dans le tube. Ils ont découvert que ce simple changement était suffisant pour réduire la solidité idéale d’un nanotube à 40 gigapascals, l’effet gagnant en amplitude si d’autres atomes étaient eux aussi désalignés.

Séquence de fracture

Les simulations de l’équipe de recherche démontrent que la déformation agit comme point faible dans le tube, fracturant aisément les liens normalement forts entre les atomes de carbone. Une fois que cela se produit, les liens dans les hexagones continus se brisent eux aussi, déchirant l’entièreté du tube. L’effet sur des nanotubes tissés est similaire – une fois qu’un tube brise, la tension augmente sur les autres, provoquant des fractures séquentielles.

Ces résultats portent à croire qu’un seul atome mal placé est suffisant pour affaiblir toute une fibre de nanotubes, et puisque le processus de fabrication de ces nanotubes est imparfait pour l’instant, il est inévitable qu’un nanotube fragilisé se retrouve dans une fibre.

« Seuls les nanotubes d’une qualité extrême sont en mesure de conserver leur solidité idéale », mentionne M. Ding. « La plupart des nanotubes produits en usine sont lourdement sujets à des défectuosités, et des nanotubes de très bonne qualité sont difficiles à produire en grand nombre. »

Voilà une mauvaise nouvelle pour les gens désirant construire un ascenseur spatial, soit un câble entre la Terre et un satellite en orbite qui offrirait un accès rapide à l’espace.

Des chercheurs estiment à 50 gigapascals la résistance nécessaire pour un tel câble. Les nanotubes sont donc une solution prometteuse, mais l’étude de M. Deng porte à croire que ceux-ci ne fonctionneront pas. « À moins que l’on n’accomplisse de grandes avancées en matière de production des nanotubes de carbone, utiliser ces derniers pour construire un ascenseur spatial sera extrêmement difficile », dit-il.

 

 

 

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Un commentaire

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    n’importe quoi les forces de frottement et les forces de van der vals relient les nanotubes entre eux c’est le même principe que les fibres de dyneema : même si les forces de van der vals sont faibles et ne peuvent pas tenir de grosses tensions, elles servent juste à relier les molécules de polyéthylène entre elle ainsi des molécules de quelques centaines de micromètres de long peuvent êtres tissées entre elles et la rupture se fait directement dans les liaisons de carbone alors des nanotubes de plusieurs centimètres même avec quelques défauts c’est un jeu d’enfant de faire un truc solide avec.

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