De la simplicité à la complexité, des nano-fleurs auto-assemblées !

Les fleurs que vous voyez dans les images ci-dessous ont une taille de 25 micromètres de hauteur et 10 micromètres de large en moyenne. Un cheveu humain, en comparaison, est d’environ 100 micromètres d’épaisseur. Plus impressionnant encore, ces fleurs se sont auto-assemblées à partir de trois composés chimiques relativement normaux. Plutôt que le simple exercice esthétique, les scientifiques de Harvard qui les ont créées espèrent que ces nano-fleurs pourront améliorer notre compréhension scientifique de la manière dont la nature façonne ses structures complexes par auto-assemblage.

Pour créer ces fleurs, les scientifiques de Harvard commencent par dissoudre du chlorure de baryum et du silicate de sodium dans un bécher d’eau. Au fond du récipient, il y a une lame de verre ou une lame de métal. Puis, sans aucune action humaine, le dioxyde de carbone de l’air commence à se dissoudre dans la solution claire, initiant une réaction qui crée des cristaux de carbonate de baryum blancs. Dans le cadre de cette réaction chimique, un acide est libéré dans la zone entourant immédiatement le carbonate de baryum, abaissant le pH local et empêchant la création de plus de carbonate de baryum. Le silicate de sodium dissous dans la solution entre alors en action, déclenché par l’environnement acide et recouvre le carbonate de baryum d’une couche de silice. Au passage, l’acide est consommé et le pH baisse. Le processus peut alors recommencer depuis le début.

Maintenant, ce que les scientifiques ont découvert, c’est que le processus d’auto-assemblage peut être très finement contrôlé en faisant varier la concentration de dioxyde de carbone, le pH de la solution et la température. L’augmentation de la quantité de dioxyde de carbone, par exemple, crée des structures à feuilles larges. En contrôlant précisément l’environnement pendant quelques heures, il est possible de construire des nano-fleurs et surement beaucoup d’autres formes aussi. Nous devrions probablement noter à ce stade que ces images en microscopie électronique, sont en fausses couleurs, en réalité les fleurs sont entièrement blanches. (Puisque ces fleurs sont plus petites que ce que l’oeil peut voir, la couleur n’a probablement pas d’importance.)

Quant à savoir pourquoi ces fleurs représentent une importante percée scientifique, il vous suffit de regarder la nature, où les constructions par auto-assemblage dominent. Ce procédé naturel est dû à des gradients chimiques locaux, des différences de pH, ou des molécules déclenchantes émises par les cellules vivantes. Cette connaissance pourrait permettre de construire de manière beaucoup plus efficace tous nos produits. Après tout, quand vous travaillez sur des puces ou des matériaux qui ont des caractéristiques à l’échelle nanométrique, l’auto-assemblage est vraiment la seule voie viable vers une production à l’échelle commerciale. Il est aussi envisageable de construire par auto-assemblage à des échelles plus grandes. L’alliance auto-organisée entre le minéral et l’organique pour construire des structures aux propriétés exceptionnelles telle que la nature est capable de produire est encore très loin d’être imité d’autant plus que rien n’est organique pour le moment dans ces fleurs auto-assemblées. Mais cette première avancée constitue une prouesse remarquable et inaugure peut-être une ère nouvelle de l’utilisation de matériaux et une révolution dans les procédés de construction. Le “heat, beat and treat” (voir note)  comme les américains définissent la manière actuelle de concevoir les produits sera peut-être considéré dans quelques décennies comme une manière très archaïque et dispendieuse de fabriquer.