Des physiciens français (CNRS/Université Montpellier) et américains ont découvert des billes de carbone accrochées sur des nanotubes, comme des perles de rosée sur une toile d'araignée. Elles témoignent du rôle du carbone liquide dans la croissance des nanotubes, jusqu'ici supposés se former à partir de vapeur de carbone. Ce mécanisme, publié dans la revue Science du 11 février, rejoint ceux que l'on rencontre en métallurgie, où les cristaux se forment à partir d'un liquide. Sa compréhension est d'autant plus importante que les nanotubes semblent promis à un avenir technologique prometteur.
Les nanotubes constituent l'une des formes de carbone pur connues à ce jour, comprenant notamment le diamant, le graphite et les fullerènes, ces grosses molécules en forme de ballon de football. Il s'agit de structures tubulaires constituées d'un ou de plusieurs feuillets de carbone enroulés sur eux-mêmes, pour former un cylindre de 10 à 50 nanomètres de diamètre. Depuis leur découverte, il y a une dizaine d'années, ces nouveaux matériaux sont devenus un énorme enjeu pour la technologie de demain : ils sont à la fois flexibles et résistants, ont des propriétés de conduction remarquables et sont stables. Ces caractéristiques en font de bons candidats pour les matériaux composites, l'électronique, les capteurs, ou même pour stocker l'hydrogène. Dans ce contexte, il est important de comprendre comment ils se forment.
Les nanotubes sont produits soit par des processus catalytiques, soit par la méthode « à arc électrique ». C'est de cette dernière méthode que sont issus les nanotubes à billes de carbone. Elle consiste à mettre deux barreaux de graphite, éloignés d'un à deux millimètres l'un de l'autre, dans un four sous atmosphère d'hélium. Puis on fait passer un courant dans les barreaux pour déclencher un arc électrique. Au final, on récupère des aiguilles de nanotubes sur l'un des barreaux, correspondant à la cathode.
Jusqu'à présent, tous les mécanismes invoqués mettaient en jeu une phase vapeur : on imaginait que le carbone de l'anode se vaporisait sous l'effet de l'arc (5000°C) et venait cristalliser sur la cathode. Dans l'étude publiée par Science, les scientifiques ont montré que le mécanisme de formation des nanotubes implique du carbone fondu. Grâce à ce travail, les chercheurs ont eu l'occasion d'étudier le comportement du carbone liquide (très mal connu car il s'évapore très vite) et de voir qu'il est comparable à celui des autres liquides. Selon le scénario qu'ils ont élaboré, les nanotubes se forment, comme la plupart des cristaux, à partir d'une phase liquide en refroidissement.
