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Ultra-mince et souple, le haut-parleur à nanotubes diffuse sa musique par toute sa surface. © Jiang Kaili et al., ACS Nano Letters
Au centre de recherche en nanotechnologies Tsinghua-Foxconn, à Pékin, Kaili Jiang, Shoushan Fan et leurs collègues travaillaient sur des films minces constitués de nanotubes de carbonenanotubes de carbone d'environ 10 nanomètresnanomètres de longueur. Ils ont eu la surprise de constater que ces feuillets émettaient un son lorsqu'ils étaient parcourus par un courant électriquecourant électrique alternatif, pour peu que sa fréquence soit comprise dans la gamme audio perceptible par l'oreille humaine.
Pour comprendre le phénomène, l'équipe a tenté de visualiser une vibrationvibration du film mince à l'aide d'un appareil à laserlaser. Le cas échéant, la production du son serait analogue à celle d'un haut-parleur traditionnel, constitué d'une membrane mise en mouvementmouvement par un électro-aimantaimant. Mais la feuille de nanotubes, même lorsqu'elle émet un son, reste rigoureusement immobile.
Cliquez sur l'image pour ouvrir la vidéo (format quicktime). Le film de nanotubes (le carré gris au centre de l'image) est élastique. On distingue, à droite, les fiches électriques. Il peut être allongé sans que la musique diffusée soit altérée. © Jiang Kaili et al., ACS Nano Letters
Les chercheurs ont alors suspecté un phénomène thermoacoustique. Le passage du courant électrique s'accompagnerait d'une forte élévation de température, jusqu'à 80°C. Cette chaleurchaleur ferait brutalement osciller les nanotubes, provoquant une onde de choc dans l'airair environnant. Cet effet est loin d'être une découverte. Il a été mis en évidence à la fin du dix-neuvième siècle par plusieurs physiciensphysiciens et utilisé un peu plus tard dans un appareil baptisé thermophone. L'engin émettait des sons par l'intermédiaire d'une feuille mince de platineplatine.
Un drapeau qui chante...© Jiang Kaili et al., ACS Nano Letters
Haut-parleur découpable
Mais la puissance du son était très faible alors que celle du film de nanotubes est bien plus élevée. Selon l'équipe chinoise, la différence s'explique par celle des capacités thermiques. Par unité de surface, elle est 260 fois plus faible que celle du platine de l'antique thermophone. Les variations de températures peuvent donc y être beaucoup plus rapides. Utilisé à la place d'un haut-parleur, notamment sur un iPod, ce film a pu diffuser de la musique, comme en témoignent les vidéos montrées par l'équipe.
(a) : le film mince est fabriqué par étirement à partir d'une galette de silicium sur laquelle ont été fabriqués les nanotubes de carbone (CNT). (b) : les nanotubes vus au microscope électronique, à peu près alignés dans le sens de l'étirement du film. (c) : le film, au format A4, devenu haut-parleur, avec ses deux fiches électriques. (d) : enroulé sur un cylindre (9 cm de diamètre pour 8,5 de hauteur), il émet dans toutes les directions. © American Chemical Society
La qualité sonore semble très éloignée de celle d'un haut-parleur traditionnel. Mais ce curieux prototype présente plusieurs avantages. Le premier est une légèreté bien plus grande et un encombrement minimal, puisqu'il n'y a aucune pièce en mouvement. Il est souple et, pour le démontrer, les scientifiques en ont fixé un sur un drapeau qui claque au ventvent tout en diffusant une musique. Il est même élastique et peut être étiré sans perdre ses propriétés. Puisqu'il produit les sons par toute sa surface, il continuera à fonctionner s'il est déchiré et on peut même le découper en plusieurs morceaux qui deviendront chacun un nouveau haut-parleur... Il serait donc possible de lui donner une forme quelconque.
Pour l'instant, cette trouvaille de laboratoire n'est destinée à aucune applicationapplication. Mais elle démontre au passage les possibilités insoupçonnées des nanotubes de carbone en particulier et des nanotechnologies en général.
