Dans l’épisode 12 de la saison 1 de The Big Bang Theory, une série TV culte qui allie humour geek et sciences en tout genre (mais essentiellement science physique), Sheldon, l’un des personnages principaux, est en concurrence avec un jeune prodige et ne sait plus quoi faire pour être considéré comme le meilleur. Il décide à un moment donné de se balader dans le département d’ingénierie.

Il y a toujours eu une petite guéguerre entre ingénieurs (applicatifs) et chercheurs… et Sheldon s’en donne à cœur joie ! Il demande même à un moment donné à son rival, de justifier pourquoi il n’utilise pas des nanotubes de carbone dans l’un de ses montages.

Nous allons donc parler des nanotubes de carbone. Bien que la 1re observation de ces objets aux propriétés mécaniques et électriques remarquables date des années 50, ils ne seront synthétisés de manière contrôlée qu’à partir de 1991, par Sumio Lijima.

Pour appréhender ces objets, nous allons devoir aborder la liaison chimique entre les atomes de carbone et comprendre que même si le carbone possède 4 électrons de valence (et 2 electrons de coeur), dans les nanotubes, il ne se lie qu’à 3 atomes de carbone, le 4ème étant libre pour conduire l’électricité !

Cela diffère du diamant et du méthane, pour qui les carbones possèdent 4 électrons partagés. On parle d’hybridation sp3 (une orbitale s et 3 orbitales p que l’on mélange pour former 4 orbitales sp3).

Pour les nanotubes, il s’agit d’orbitales sp2 : deux orbitales p sont « mélangées » avec une s afin d’obtenir trois sp2 ainsi qu’une 4ème, qui est cette fois une orbitale pi, délocalisée. Nous reviendrons plus en détail sur ces notions dans le cadre d’une autre vidéo, en montrant que cela provient de la résolution de la fameuse équation de Schrödinger.

De ce fait, nous allons également traiter le sujet du graphène, car un nanotube de carbone à simple paroi, ce n’est autre que du graphène enroulé sur lui-même. Pas enroulé à la main bien entendu, mais enroulé tout de même ! De plus, il faut savoir que la façon dont on l’enroule influe sur ses propriétés électroniques.

Les nanotubes de carbone peuvent être à simple paroi ou à plusieurs parois, ce qui leur confère des propriétés mécaniques différentes. Les nanotubes de carbone sont aussi résistants que l’acier, mais également plus légers, et donc… ils coûtent moins cher !

Découvrez tout ça en détails dans cette vidéo :

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