Les Nanotechnologies et les Nanosciences

Ce sont des mots bien à la mode, beaucoup de personnes croient à un avenir « nano » (qui en grec signifie « très petit »). On entend dire que c’est un secteur clé et stratégique, qu’après l’ère de l’information avec Internet, ça sera au tour du « nano » de faire son boom et d’envahir notre quotidien et notre économie mais qu’est-ce que c’est exactement ?

Ces termes regroupent les sciences et les technologies intervenant à des échelles extrêmement petites, en général entre 1nm et 100nm (1 nm est égal à un nanomètre, soit un milliardième de mètre, soit 30 000 fois plus fin qu’un cheveu ).

Pour avoir une idée des différentes échelles, vous pouvez aller voir ce lien du CERN :  http://microcosm.web.cern.ch/Microcosm/P10/french/welcome.html

A titre de comparaison, tous les composants électroniques (majoritairement les transistors dans les ordinateurs) peuvent être classés dans le monde « micro », on parle d’ailleurs de « microinformatique » car la taille des composants descend jusqu’à 10µm (10 micromètres = 10 000 nanomètres ). Beaucoup de chercheurs et d’entreprises veulent laisser tomber le monde « micro » pour rentrer dans ce nouveau monde « nano ».

Dans le monde micro, on venait découper et assembler différents composants, on partait de quelque chose d’assez gros pour arriver à quelque chose d’assez petit, on parle alors d’approche descendante (top-down). Pour le nano, c’est l’inverse, c’est une approche montante (bottom-up) : on vient assembler des petites briques élémentaires (qui sont des atomes soit autour de 0.1nm) pour créer quelque chose de plus gros (enfin c’est relatif, ce quelque chose fait moins de 100nm). Pour manipuler ces atomes, on utilise des microscopes à effet tunnel (STM) pour les matériaux conducteurs et des microscopes à force atomique (AFM) pour les matériaux isolants. Ces deux microscopes permettent de reconstituer des images avec une finesse de l’ordre de l’atome et permettent également d’attraper un atome et de le déposer sur une surface. Pour savoir comment fonctionne ces deux microscopes vous pouvez aller voir ici.

 Grâce à ces instruments, on peut alors créer librement un assemblage d’atomes en les manipulant un par un. Les images ci-dessus représentent un bonhomme constitué d’atomes de carbone et un corral quantique (des atomes disposés en cercle) qui ont été créés par le laboratoire d’IBM en Californie à l’aide d’un STM. Evidemment, faire un bonhomme de quelque nanomètres c’est rigolo mais ça ne sert pas à grand chose… Quelles sont les applications pour que ce secteur soit tant convoité par tous les grands groupes technologiques du monde ?

Pour le moment, on voit trois grands domaines capables d’exploiter les nanotechnologies (les mots ne sont pas encore dans le dictionnaire mais ça ne va tarder à mon avis) :

• Les nanomatériaux
• La nanoinformatique
• La nanobiotechnologie et la nanomédecine

Les nanomatériaux constituent la voie la plus prometteuse et c’est également elle qui exploite le plus de ressources humaines et financières depuis leurs découvertes en 1991 par les laboratoires japonais. Les produits phares sont bien entendu les nanotubes de carbones : 7 fois plus légers et 200 fois plus résistants que de l’acier et en plus ils sont souples et peuvent se « tordre ». Les laboratoires arrangent des atomes de carbones en pentagones et en hexagones dans le même plan pour venir ensuite l’enrouler comme du grillage et ainsi fabriquer un tube creux composé à 100% de carbone. Ces matériaux peuvent être utilisés dans l’aérospatiale et l’aéronautique pour des raisons de résistance et de poids mais aussi dans des raquettes de tennis ou dans l’industrie en général.

Mais il n’y a pas que les propriétés mécaniques qui font rêver, les propriété électroniques de ces matériaux sont aussi très convoitées. Suivant leur structure spatiale, ils peuvent être conducteurs ou semi-conducteurs (les semi-conducteurs sont les matériaux électroniques par excellence et composent tous les transistors et les diodes dans nos ordinateurs) d’où un avenir très prometteur pour développer la nanoinformatique. C’est bien pour cela qu’IBM et Intel dépensent des sommes gigantesques dans la recherche sur les nanotubes. En effet, IBM étudie très sérieusement la fabrication à échelle industrielle de transistors composés de nanotubes en carbone car ces matériaux seraient la solution pour continuer de respecter la loi de Moore qui va sûrement devenir fausse dans une petite dizaine d’années à cause d’une trop grande miniaturisation des transistors en Silicium. En effet, Gordon Moore, cofondateur de la société Intel avait affirmé en 1965 pour une conférence de presse, que « le nombre de transistors par circuit de même taille va doubler tous les 18 mois ». Cette affirmation a marqué les esprits, puisqu’elle est devenue un défi à tenir pour les fabricants de microprocesseurs, et plus particulièrement pour Intel. Entre 1971 et 2001, la densité des transistors a doublé chaque 1,96 année, les PC étaient donc de plus en plus puissants et de moins en moins chers. Mais on est encore loin du compte pour la nanoinformatique car pour le moment on fabrique ces transistors du futur « à la main » en petite quantité et c’est très long, l’étape industrielle va être un pas difficile à franchir. Mais il y a de fortes raisons de penser que nos micro-ordinateurs en silicium vont être détrônés par des nano-odinateurs en carbone.

Les nanosciences ont également de vent en poupe pour la biologie et la médecine. Des recherches actives sont menées dans ces domaines et les premières applications commencent à apparaître. Particulièrement des nano-diffuseurs implantés sous la peau qui vont diffuser un produit chimique en continu dans notre corps pour réguler certaines substances. On trouve ce genre de texte en cherchant un peu sur le net : « des nanoparticules implantées sous la peau, qui permettent l’affichage d’un écran de 6cm sur 5, le tout relié à des puces qui surveillent notre corps afin de pouvoir afficher un bilan complet » ou bien encore dans Courrier International : « Des ensembles moléculaires de la taille d’un brin d’ADN s’introduiront dans nos cellules malades afin de les réparer de l’intérieur. Tout cela en cachette de notre système immunitaire ». Non, ce n’est pas de la science fiction mais bien des projets pour notre avenir qui nous transformera peut être en cyborg ????

Il y a encore les nanorobots, les nanomachines, les nanocequevousvoulez et je suis persuadé qu’ils ne vont pas tarder à remplir notre quotidien….