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mars 17, 2021

4 min de lecture

Les petites particules s'apprêtent à avoir un fort impact
Les petites particules s'apprêtent à avoir un fort impact

La nano-ingénierie pour un nouvel avenir

Les nanoparticules ont une taille de l'ordre du milliardième de mètre, il peut donc être difficile de réaliser à quel point elles sont petites. Pour vous donner une idée, si une nanoparticule avait la taille d'un ballon de football, en comparaison, un kiwi aurait la taille de la Terre.

La nano-ingénierie implique la manipulation soigneuse de structures à l'échelle du nanomètre et suscite un intérêt croissant depuis l'invention du microscope électronique dans les années 1930. Comme ils utilisent des faisceaux d'électrons accélérés comme source de lumière, les microscopes électroniques présentent une puissance de résolution supérieure aux microscopes optiques conventionnels et peuvent révéler la structure d'objets bien plus petits.

Les premières interactions avec des structures nanométriques ont principalement consisté en des observations, plutôt qu'en des interactions directes, mais elles ont marqué le début de notre exploration de la nanotechnologie. Sans elles, il est probable que le microscope à effet tunnel (STM, Scanning Tunneling Microscope) n'aurait jamais été inventé dans les années 1980. Il s'agissait du premier microscope qui pouvait produire une image et manipuler des structures à l'échelle du nanomètre et il a valu à ses inventeurs, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, de recevoir le prix Nobel de physique en 1986.

Aujourd'hui, l'utilisation de la nanotechnologie se développe et la nano-ingénierie promet d'avoir un impact considérable dans le secteur industriel au cours de la prochaine décennie. Des systèmes de libération de médicaments aux capteurs intelligents, les applications potentielles en ingénierie sont très nombreuses.

Un potentiel de détection

La nature est remplie d'exemples de processus de type big data réalisés efficacement par des nanostructures en temps réel, comme les composants des yeux qui transforment les signaux extérieurs en informations transmises au cerveau. Aujourd'hui, les ingénieurs expérimentent l'utilisation de nanomatériaux et de techniques de fabrication innovantes pour développer des capteurs intelligents qui sont plus petits, plus complexes et plus économes en énergie que leurs équivalents conventionnels. Par exemple, des capteurs réglés avec précision qui sont imprimés sur des rouleaux de plastique souples et placés à des points clés d'une infrastructure critique pour en surveiller en permanence les performances et l'intégrité.

Ces nouveaux capteurs produisent d'importantes quantités de données à des vitesses sans précédent. De nouvelles techniques de gestion des données doivent donc être mises au point pour pouvoir les traiter efficacement. Cela va créer de nouvelles capacités de reconnaissance de modèles et révolutionner la façon dont nous utilisons les capteurs. Par exemple, les capteurs de circulation qui utilisent les nanotechnologies pour améliorer les vitesses de traitement des données et faciliter les programmes de gestion automatique des embouteillages, même sur les routes les plus empruntées, les rendant ainsi plus sûres.

En outre, les nanotechnologies sont utilisées pour développer des systèmes de mémoire ultra-denses capables de stocker des quantités de données sans précédent. Mais elles servent également d'inspiration pour les algorithmes d'apprentissage automatique (machine learning) ultra-efficaces qui peuvent traiter, chiffrer et communiquer des données, sans transiger sur leur fiabilité.

Dans l'usine, l'apprentissage automatique à l'échelle du nanomètre va donner naissance à une maintenance prévisionnelle de nouvelle génération qui va pouvoir identifier les défauts plus tôt et avec plus de précision. Cela entraînera une réduction encore plus forte des arrêts non programmés des machines, puisque les directeurs de site et les ingénieurs peuvent commander des pièces de rechange auprès d'un fournisseur de pièces industrielles avant qu'une panne ne survienne, économisant ainsi du temps et de l'argent.

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