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Dossier | Technologies | Nanosciences et nanotechnologies

Quelques repères sur le sujet (1/2)

Que sont les nanosciences et les nanotechnologies ? D'où viennent-elles et quelles sont leurs applications ? Eléments de réponses et liens utiles.

Mis à jour en septembre 2006

Nanosciences et nanotechnologies


 Nanosciences : Nouvel âge d'or ou apocalypse ?
  une réflexion de Louis Laurent et Jean-Claude Petit *
du Département de recherche sur l'état condensé, les atomes et les molécules
 
Les nanosciences sont au carrefour de disciplines scientifiques (biologie, chimie, physique) et techniques. Ce domaine de recherche, évoqué explicitement pour la première fois à la fin des années 50, pourrait conduire à la réalisation d'une révolution technologique d'envergure dans ce 21ème siècle. Tous les aspects de notre existence (santé, énergie, environnement, …) pourraient être concernés. Face à cet immense potentiel, les inquiétudes se font sentir vis à vis d'une discipline qui touche à l'infiniment petit.

  
Introduction
Que sont les nanosciences, quand sont-elles apparues ?
Que peuvent-elles apporter ? Pourquoi suscitent-elles des peurs ? Que font les chercheurs ?

1. Progrès en procès
Les critiques vis à vis des nano-sciences apparaissent à un moment où la société est en crise de confiance vis à vis de la science.

2. Premiers questionnements
Les principales inquiétudes techniques vis à vis des nanotechnologies : la gelée grise, les nanoparticules, la protection de la vie privée.

3. Les peurs "sociétales" liées aux nanotechnologies
Les peurs générales liées au progrès : La perte de contrôle, la peur de la transgression, …
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* A propos des auteurs : Louis LAURENT est le chef du Département de recherche sur l'état condensé, les atomes et les molécules (Drecam) au CEA. Jean-Claude PETIT est le chef du Service de chimie moléculaire de ce même département, et est l'auteur d'articles variés sur la sociologie des sciences.

A propos du Département de recherche sur l'état condensé, les atomes et les molécules (Drecam) : le Drecam et le Département de recherche fondamentale sur la matière condensée (DRFMC) sont les deux départements de recherches de la Direction des sciences de la matière du CEA qui interviennent dans le domaine des nanosciences. Ils regroupent environ 200 chercheurs, physiciens, chimistes, biologistes et ingénieurs travaillant sur ce sujet, la plupart du temps dans des laboratoires communs avec le CNRS ou l'université dans le cadre d'un programme national sur les nanosciences. Ces programmes sont en amont de ceux de la Direction de la recherche technologique du CEA. Les grandes thématiques de ces recherches sont :

• Propriétés des électrons dans les nanobjets : effets quantiques, magnétisme, optique à un photon, propriétés électriques des molécules,
• Nanoobjets, architectures supramoléculaires et nanomatériaux,
• Interfaces avec la biologie en vue notamment d'application aux diagnostics.
 
Repères

• Un atome mesure environ 0,1 nm. Un nanomètre c'est donc moins de dix atomes côte à côte.
• Un nanomètre (nm) = 0,000 000 001 mètre.
• Un nanomètre c'est mille fois plus petit qu'une cellule.

Que sont les nanosciences ?
 
Les nanosciences sont le domaine de recherche qui couvre l'étude des objets nanométriques, c'est-à-dire dont la taille n'excède pas le milliardième de mètre. Les nanosciences recoupent en fait plusieurs disciplines scientifiques qui s'intéressent au comportement d'éléments nanométriques, comme la physique, la chimie ou la biologie.
  
 

Quelle est l'origine du terme nanosciences ?  
 
En toute rigueur, de nombreuses activités parfois vieilles d’un siècle relèvent des nanosciences, ne serait-ce que la chimie. Cette science permet en effet d’assembler des atomes sous des formes capables d’assurer des fonctions données (fabrication de molécules).
Toutefois, le déclic est souvent attribué à Richard Feynman, prix Nobel de physique 1965. L’acte fondateur est le discours qu’il a prononcé pour la première fois en 1959 au congrès annuel de l'American Physical Society. A cette occasion, ce physicien évoque une idée tout à fait nouvelle : les principes de la physique pourrait permettre à l'homme de manipuler la matière à l’échelle nanométrique, voire à l'échelle de l’atome. Il évoque en particulier des possibilités étonnantes : écrire l’encyclopédie Brittanica sur une tête d’épingle, réaliser des ordinateurs capables d’intelligence artificielle... La discipline des "nanosciences" (nano : milliardième de mètre) venait de naître.
 

Pas de nanosciences sans microscope à effet tunnel

Si on parle des nanosciences dès 1959, il faudra attendre les années 80 pour que celles-ci puissent réellement prendre leur essor grâce à la mise au point par H. Roher et G. Binnig au laboratoire IBM de Zürich d'un outil remarquable : le microscope à effet tunnel. Cet instrument a en effet permis pour la première fois d'examiner le nanomonde. Aujourd'hui, il est aussi utilisé comme "pince à atomes".



BANC DE MICROPHOTONIQUE
Banc de caractérisation de micro et nanodispositifs à bande photonique interdite. Programme microphotonique silicium et nanosciences du Département de recherche fondamentale sur la matière Condensée (DRFMC - Centre CEA, Grenoble)

 

Que sont les nanotechnologies ?
 
Les nanotechnologies sont à la fois un ensemble d'outils, instruments, techniques qui permettent de progresser aux nanosciences en offrant des moyens d'étudier, manipuler, fabriquer, mesurer, les objets nanométriques, Ce sont aussi les applications issues des nanosciences, comme par exemple les nanomatériaux.
 
 

Quelles sont les applications des nanosciences et des nanotechnologies ?
 
Aujourd'hui, nanosciences et nanotechnologies sont encore au stade de la recherche. Mais les applications potentielles pourraient couvrir de multiples domaines, les nanosciences regroupant à la fois les champs de la physique, de la chimie et de la biologie. On espère en particulier des retombées dans les secteurs de :
 
• la santé : en ayant la possibilité de s’interfacer avec le vivant au niveau moléculaire on est plus efficace. C’est ainsi qu’on conçoit déjà des diagnostics travaillant au niveau moléculaire de plus en plus automatisés, et que demain on optimisera des thérapies voire à plus long terme des substituts pour des organes défaillants,
• l'environnement : on peut minimiser l’impact de l’homme sur l’environnement , à travers toute une série d’innovations qu’il s’agisse de matériaux assimilables par l’environnement à l’image du bois, l’utilisation rationnelle de l’énergie que permet l’élaboration de systèmes structurés à petit échelle (photovoltaïque, pile à combustible, accumulateurs), la diminution des transports si énergétivores en faveur de celui de l’information (téléconférence, réalité virtuelle),
• les technologies de l'information et de la communication : il est difficile d’affirmer si et encore moins comment les nanosciences permettraient d’instaurer un nouveau paradigme qui complèterait la série engrenages, relais, tubes à vide, transistors et circuit intégrés. Si tel est le cas, on peut espérer traiter des données, les stocker, communiquer avec des capacités largement mille fois supérieures à ce que l’on fait de nos jours.
 

Que fait le CEA dans le domaine des nanosciences et des nanotechnologies ?
 
Les axes de recherche privilégiés par le CEA concernent le traitement et le stockage de l’information, les biotechnologies, et les matériaux "avancés", pour lesquels il a regroupé des compétences scientifiques et techniques dans des projets communs. Quel que soit le domaine d’application, il s’agit pour les chercheurs du CEA de fabriquer des nano-objets, d’explorer leurs propriétés et leurs potentialités, mais aussi et surtout d’évaluer les procédés de fabrication collective de tels objets, et leur intégration dans des systèmes, en vue d’applications potentielles.
Au CEA, près de 250 chercheurs sont ainsi impliqués dans les programmes de nanosciences, et plus de 1 000 en micro- et nanotechnologies.
  
 

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