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• Journée d’étude « Nano : enjeux et risques » 24 avril 2015 • Jacky Lecomte SIRRIS
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Les nanos: Définitions, notions de base, normes
Ir. J.Lecomte, responsable du département « nanos », SIRRIS
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Notre centre
Federation for the technology industry
Collective centre of the technology industry • Nonprofit organisation
• Industry owned
“Increase the competitiveness of
companies of the Agoria sectors through
technological innovations”
Mission
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21/06/2007 © sirris 2007 | www.sirris.be | [email protected] | 3
Présence locale, proche de l’industrie
Leuven Mechatronics
Technology Coaching
Hasselt Materials Engineering
Production Technology
Charleroi Rapid Manufacturing
Brussels Software Engineering & ICT Technology Coaching
Ghent Materials Engineering
Liège Rapid Manufacturing
Materials Engineering Nanomaterials
> 120 experts sur 6 sites dans les 3 régions
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Groupe Nanomaterials
Groupe Materials Engineering
Groupe Rapid Manufacturing
SIRRIS Wallonie Groupes de compétences
Veille technologique Propriété intellectuelle Contacts industriels
(Belgium-Europe)
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Les Nanos c’est quoi ? • Selon les Grecs (anciens) :
• Depuis quelque temps (1960) : Nano = 1 milliardième de quelque chose C’est donc le préfixe qualifiant de toutes petites grandeurs
physiques.
Nano = quelque chose de petit
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Nanomonde
Les Nanos c’est quoi ?
Nanomonde =< 100 nanomètres
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Définitions
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Nano-surfaces = nano-coatings, couches minces, surfaces nano-structurées
Nano-coating: coating contenant des nano-objets
Nano-composite = Nanoobjets + Matrice
Nanoobjets: objets dont au moins une dimension est inférieure à 100 nm
3D: Nanopoudres ou nano-particules
2D: Nanotubes, nanofibres
1D: Nanotuiles, graphène.
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Un Nano-matériau, c’est:
• 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 distribution
granulométrique en nombre, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm
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Composition chimique et applications
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Les Nanos Pourquoi ?
Les propriétés à la taille nano ne sont pas les mêmes qu’à la taille macro
• Plus de particules par unité de volume
• Plus d’atomes en surface
• Plus d’atomes aux joints de grains
• Plus de joints de grains
• Les phénomènes quantiques prennent le pas sur ceux de la physique traditionnelle !
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Les nanos: pourquoi?
Particules de dimension(s) inférieure(s) à 100 nm: - Enorme surface spécifique: augmentation des interactions entre les
particules et l’environnement.
- Importance accrue de l’interface qui devient un « troisième composant » du composite, aux propriétés différentes des deux autres.
- Réduction de la quantité de poudre nécessaire pour améliorer les propriétés de la matrice (3 - 4% au lieu de 50%), d’où impact moindre sur les autres propriétés, dont les paramètres de mise en œuvre.
- Pas de diffraction de la lumière dans une matrice transparente lorsque le diamètre des particules est inférieur à 1/20ème de la longueur d’onde -> coatings transparents.
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Limitations, problèmes Leur grande surface spécifique favorise les interactions avec
l’environnement, mais également avec les autres particules, d’où une tendance certaine à l’agglomération. Le challenge est d’intégrer les nanos à la matrice de façon homogène, isotrope et sans ré-agglomération.
Interactions fortes aussi entre les nano-objets et les organismes
vivants, d’où problèmes de sécurité-hygiène. La taille même des nano-particules rend très malaisée l’évaluation
de leur impact: - Caractérisation difficile et coûteuse. - Difficultés à prédire l’influence des propriétés des interfaces
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Classification des risques
En termes de risques, les nano-particules peuvent être classées en 4
catégories: - Risques chimiques: les produits présentant une toxicité à l’état non
nano garderont cette toxicité à l’état nano (Cu,…) - Risques liés à la surface spécifique: typiquement des risques
« nanos », liés à l’augmentation de la surface spécifique et de la réactivité (explosivité) (aluminium, magnésium…)
- Risques liés à la forme: nanofibres, nano-objets qui pénètrent dans l’organisme et y restent piégés (risques type amiante) (ananofibres de carbone, nanotubes,…)
- Risques non identifiés: autres particules, qui par leur petite taille peuvent pénétrer dans l’organisme et sont théoriquement inoffensives (principe de précaution?) (SiC, ZrO2, TiO2, …)
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Méthodes de caractérisation physiques
Pycnomatic: Mesure de la densité absolue pour les matériaux solides et poudres
La mesure de la densité est utile pour l’évaluation de la granulométrie
Pycnomatic ATC, Thermo scientific
Mesures de densité
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Méthodes de caractérisation physiques
Sédimentation différentielle dans un disque centrifuge La taille des particules détermine le temps de passage devant le détecteur.
CPS Disc Centrifuge model DC 20000
Granulométrie: CPS
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Méthodes de caractérisation physiques
PCCS: Photon Cross Correlation Spectroscopy Analyse des variations d’intensité de la lumière diffusée par les nanos en suspension dans un liquide.
Nanophox, Sympatec
Granulométrie: Nanophox
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Méthodes de caractérisation physiques
Q-surf : Mesure 3 points Contrôle de qualité
Sorptomatic : Courbes complètes d’absorption-désorption
0,000
50,000
100,000
150,000
200,000
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
1 /
X *
(P
o/P
- 1
)
Sorptomatic 1990 Thermo electron Corporation, Interscience Q-surf, M1, surface area analyser, Thermo electron Corporation
Mesure de la surface spécifique (BET)
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Méthodes de caractérisation physiques
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
0
2500
10000
22500 SiC nano 07-12-14-1
Residue + Peak List 01-071-4631; Si; Fd-3m 01-075-0254; Si C; F-43m 00-029-1128; Si C; P63mc 01-070-2516; Si O2; P3221 00-029-1126; Si C; P63mc
Identification et caractérisation des phases cristallines
XRD, Xpert pro, Panalytical
X-Ray Diffraction (XRD)
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Méthodes de caractérisation chimiques
Principe: - Combustion d’un échantillon dans un four - Oxydation & reduction (for CHN) - Pyrolyse (for O) - Séparation dans une colonne chromatographique - Détection via catharomètre
Flash 2000 Organic Elemental Ananlyser,
Thermo scientific, Interscience
Analyseur d’éléments CHN-O
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Antenne normes nanos
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AntenneNormes NANO
Participation de longue date aux travaux du CEN/TC 352 et de l’ISO/TC 229 Opérateur sectoriel de normalisation agréé par le NBN, en charge de la commission miroir I229. R&D dans le domaine des matériaux et des poudres (incl. nano–poudres, –matériaux)
Depuis 2005 dispose d'une unité pilote de fabrication de nanopoudres Laboratoire de caractérisation Projets: R&D ( collectifs, européens, …) Industriels Essais interlaboratoires
Bonne vision des aspects sécurité, hygiène, réglementation
Bonne vision des normes en vigueur et en développement
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Registre belge des nanomatériaux
Février 2014: Approbation par le conseil des ministres d’un projet d’arrêté royal concernant les nanomatériaux et la création d’un registre belge des nanomatériaux. But: Assurer la traçabilité des nanoparticules. Comment: En mettant un place un registre national des nanomatériaux alimenté par l’enregistrement des substances et mélanges contenant de telles substances. Qui doit enregistrer les substance et mélanges: Les producteurs qui mettent de tels produits sur le marché.
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Un outil de spécialisation
Une coopération entre différentes régions de
l’Europe du Nord-Ouest
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Qu’est-ce que Nanora ? NANORA est :
₋ un projet financé par le Programme INTERREG IVb-NWE
₋ une alliance combinant des acteurs du territoire Européen ayant pour but de favoriser la Nanotechnologie dans les Régions concernées
₋ une initiative des régions développant des modules de support communs
₋ un lien entre les régions participantes pour compléter les plateformes et les initiatives Européennes
₋ un outil de spécialisation intelligente 23
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Les membres fondateurs ₋ Allemagne – Ministère de l’Economie, de l’Energie, des
Transports et du Developpement régional de la Hesse,
DECHEMA, cc-NanoBioNet e.V.
₋ Pays-Bas – NanoHouse
₋ Belgique – Multitel ASBL et SIRRIS
₋ France – CNRS/IEMN, Crepim et Pôle Plasturgie
₋ Grande-Bretagne – Université de Lancaster
₋ Irlande – University College Cork, Trinity College Dublin et
NanoNet Irlande
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