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Nanosciences et nanotechnologies, quelques repères
, Chapitre 1Nanomètre, nanosciences, nanotechnologies... quelques notions de base pour se repérer dans le nanomonde.
C'est ainsi que le physicien Richard Feynman formula le premier l’idée que les principes de la physique pourraient permettre à l'homme de manipuler la matière à l’échelle nanométrique, voire à l'échelle de l’atome. C’était en 1959 à l’occasion du congrès annuel de l'American physical society. Mais en à cette époque, les chercheurs ne disposent pas encore des moyens techniques pour observer et manipuler les atomes un à un. Il faut attendre les années 80 et la mise au point du microscope à effet tunnel, pour que les scientifiques puissent enfin "voir" les atomes à la surface de la matière et les manipuler "un à un". Cette évolution technologique marque la rupture, et donne véritablement accès au monde nanométrique.
Aujourd'hui, les nanosciences regroupent les recherches visant à comprendre et mettre en œuvre les phénomènes, lois physiques et propriétés apparaissant dans les objets, dispositifs et systèmes dont au moins une dimension est nanométrique.
Elles constituent une base de connaissances sur les phénomènes nouveaux et spécifiques liés à cette échelle.
Les nanotechnologies, quant à elles, regroupent les instruments, les techniques de fabrication et les applications dérivées exploitant les phénomènes spécifiques liées à cette échelle nanométrique.
Le vaste champ des nanosciences et nanotechnologies ("nanos") cherche donc à comprendre, maîtriser, et utiliser ces nouveaux phénomènes et en envisage les applications.
Au CEA, près de 2000 ingénieurs, chercheurs et techniciens travaillent dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies. Multidisciplinaire et totalement transversal, ce domaine fait intervenir des spécialistes de la Direction de la recherche technologique, de la direction des Sciences de la Matière et de la direction des Science de la Vie.
Depuis une quinzaine d’années, l’intérêt pour les nanosciences et les nanotechnologies ne cessent de croître quels que soient les pays. A l'échelle mondiale, les plans d'investissement en recherche et développement fleurissent. Un phénomène global qui s’explique par le potentiel d’applications des nanotechnologies.
En effet, la possibilité de travailler la matière à l’échelle nanométrique ouvrent des perspectives immenses d’applications et de nouveaux procédés. Surtout, ces innovations pourraient profiter à des domaines aux enjeux sociétaux majeurs. Parmi les secteurs les plus concernés par le développement des nanosciences et des nanotechnologies figurent notamment l’énergie et la santé (voir "chapitre 3").
De façon générale, les "nanos"se présentent comme des technologies pouvant être associées à des technologies existantes pour leur apporter des améliorations significatives (enabling technologies). C'est pourquoi, elles pourraient irriguer tous les secteurs industriels.
A l’heure actuelle, les nanotechnologies sont utilisées dans un grand nombre de produits. En 2009, l’initiative américaine The Project on Emerging Nanotechnologies a ainsi inventorié (www.nanotechproject.org) plus de 1000 produits commerciaux considérés comme basés sur les nanotechnologies (c'est à dire que ces produits utilisent un composant ou des techniques nanos). Les catégories qui comptent le plus de produits dans cet inventaire sont les cosmétiques, l’habillement et les soins personnels.
dans le "nanomonde"
La France se classe actuellement au 5ème rang mondial en termes de nombre de publications dans le domaine des nanosciences. Entre 2001 et 2005, plus d'un milliard d'euros de fonds publics ont été investis en France pour développer la recherche dans le secteur des nanosciences et des nanotechnologies. En décembre 2008, l'Etat français a annoncé un effort financier de 350 millions d’euros en cinq ans pour développer l'innovation grâce aux nanotechnologies. L'objectif étant de placer la France "à la pointe" de ce secteur dominé actuellement par les Etats-Unis et le Japon. Ceci s’est notamment traduit par le lancement en mai 2009 du Plan "Nanotechs" Nano-Innov qui doit permettre de donner à l'industrie française les moyens de réussir le virage des nanotechnologies tout en renforçant la capacité des scientifiques à comprendre les propriétés les plus intimes de la matière et à en déduire les applications possibles. Dès 2009, soixante-dix millions d’euros seront consacrés à ce plan.
Pour construire, assembler et caractériser les nanotechnologies, deux voies sont possibles : une voie dite descendante ou top-down, et une voie dite ascendante ou bottom-up.
La voie descendante, top-down, utilise l’amélioration des procédés de gravure de la microélectronique qui permettent de réaliser des structures de taille inférieure à quelques dizaines de nanomètres. Il s'agit de miniaturiser des objets déjà existants de taille micro ou macrométrique pour se rapprocher des dimensions nanométriques. Cette voie est utilisée depuis plus de 40 ans dans le domaine de la microélectronique. Elle a permis de mettre au point le circuit intégré sur puce.
La voie ascendante, bottum-up, consiste à assembler des composants élémentaires (atomes, molécules, agrégats) pour fabriquer des structures plus complexes. C’est l’une des voies d’avenir à plus ou moins long terme pour dépasser les limitations de la "la loi de Moore" , dans le domaine de la microélectronique. Mais c'est une voie encore au stade expérimental, la voie descendante étant la seule à avoir déjà fait ses preuves dans l'industrie.
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Le nanomonde Livret thématique du CEA Cet ouvrage décrit plus précisément l’ensemble des champs couvert par les nanosciences et les nanotechnologies. |
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