Jonathan Colline
C64H22CuF6N4: c’est à la fois une formule chimique et la spécification technique d’une voiture qui a remporté la course de 24 heures organisée récemment en France. Non, pas celui du Mans. Cet événement particulier, Nanocar Race II – surnommé « la course des plus petites voitures du monde » – s’est déroulé à Toulouse, avec huit équipes alignant des voitures de dimensions nanométriques.
Chaque voiture était essentiellement une molécule. Le vainqueur de la course C64H22CuF6N4 molécule, mesurant trois nanomètres de long et un nanomètre de large, a parcouru une distance d’un micron (1 millionième de mètre) en 24 heures, la plus longue distance de la compétition.
La voiture a été développée par l’équipe NIMS-MANA de Tsukuba, au Japon. Jonathan Hill, le chef constructeur de l’équipe, a été agréablement surpris par le résultat. « Nous n’avions pas si bien fait lors de la première édition de la course en 2017. Nous ne nous attendions pas à terminer dans les trois premiers cette fois », a déclaré Hill à Ars Technica.
La deuxième édition de la Nanocar Race s’est déroulée du 24 au 25 mars. Chacune des huit voitures était une molécule complexe comprenant entre 100 et 1 000 atomes environ avec des sections avant et arrière discernables. « Nous avons fabriqué 10 molécules différentes spécifiquement pour la course, dont trois se sont avérées utiles. Nous nous sommes concentrés sur notre challenger de molécules à 97 atomes en nous basant sur sa capacité à glisser efficacement sur la piste de course », a déclaré Hill.
La piste de course se composait de lignes en zigzag de quatre à six nanomètres de large sur une surface en or. L’or était le choix préféré car ces lignes sont générées par un traitement thermique de la surface de l’or.
Chaque voiture était propulsée par une impulsion électrique douce générée à la pointe d’un microscope à effet tunnel (STM). « La voiture, qui est une grande molécule plate, a un moment dipolaire [an uneven electrical charge due to its bonds]. Lorsque vous approchez la pointe STM, le champ électrique fait bouger la voiture en raison d’une interaction répulsive », a déclaré Hill.
Chaque mouvement de la voiture consistait en un déplacement de quelques centaines de picomètres. Le STM a également été utilisé pour scanner et imager la position de la voiture lorsqu’elle se déplaçait le long de la surface, qui était maintenue à 5 Kelvin ou -268 ° C dans le vide.
Les voitures, présentes dans les installations respectives des huit équipes participantes, étaient télécommandées depuis le lieu de course à Toulouse. Selon le directeur de course Christian Joachim, il a fallu deux mois de travail et 1,5 kilomètre de câblage (Ethernet, HDMI, alimentation) pour que les huit participants puissent piloter leurs voitures via Internet. « Nous avons également pris des mesures supplémentaires pour nous assurer que le réseau était protégé contre le piratage pour chaque équipe », a déclaré Joachim.
Hill a déclaré que le véhicule était piloté par son coéquipier Shigeki Kawai pendant toute la durée de la course. « Les trois autres membres de l’équipe ont dû faire beaucoup de traitement de données car nous devions collecter des images et les traiter pour illustrer la distance parcourue par la voiture. »
En plus de ses véhicules uniques, ce qui rendait la course spéciale était le lieu, une structure sphérique géante appelée La Boule. Situé sur le campus du CEMES (Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Études Structurales), il a un diamètre de 25 mètres et abritait au début des années 1960 le plus grand microscope électronique du monde. « NIMS est célèbre pour la microscopie électronique. Nous avons de nombreux microscopes électroniques à transmission. Visiter le bâtiment qui abritait le plus grand TEM était fascinant », a déclaré Hill. Pour Joachim, La Boule était le symbole de la rencontre du passé et de l’avenir de la poursuite des atomes.
La voiture de l’équipe NIMS-MANA, qui a parcouru 1 054 nm en circuit fermé, a partagé le premier prix avec l’équipe espagnole NANOHISPA de Madrid, dont la voiture a parcouru 678 nanomètres sur une seule trajectoire et a effectué 54 virages, couvrant ainsi la plus grande surface de piste.
Selon Hill, au-delà de la compétition, ils ont participé à la course car cela nous aide à comprendre comment les molécules se déplacent, interagissent avec la surface ou interagissent entre elles est importante pour le domaine des machines moléculaires. « Les développeurs de la technologie des machines moléculaires ont remporté le prix Nobel de chimie 2016 », a-t-il souligné. Il a déclaré que des molécules similaires à leur voiture pourraient finalement être utilisées pour fabriquer des cristaux liquides et des semi-conducteurs organiques.
Dhananjay Khadilkar est un journaliste basé à Paris.