La Nanotechnologie

l’aide du microscope à effet tunnel, D. Eigler, physicien, parvient à déplacer un à un 35 atomes de xénon.

1990 : Micro-technologies appliquées à la biologie, les biopuces. De la même façon que les puces électroniques sont fabriquées depuis une trentaine d’années, on a appliqué plus récemment ce concept de fabrication en parallèle à d’autres objets : les micro-systèmes. C’est ainsi qu’apparaissent, dans les années 90, les micro-technologies appliquées à la biologie : les biopuces.

1998 : Découverte d’un rotor moléculaire. Le laboratoire de recherche d'IBM à Zürich a permis d'observer pour la première fois une seule et même molécule en rotation, ouvrant la voie à la conception de moteurs moléculaires artificiels dont les dimensions seraient de l'ordre du nanomètre. Ce programme est doté de 497 millions de dollars et fait des nanotechnologies une priorité nationale. C’est le début de l’ère des nanosciences.

2004 : Premier rapport gouvernemental britannique sur les nanosciences et les nanotechnologies. En juin 2003, le Ministère de la recherche britannique demande un rapport à la Royal Society et à la Royal Academy of Engineering sur les risques, les possibilités et les incertitudes des nanosciences et des nanotechnologies. Ce rapport, Nanoscience and nanotechnologies : opportunities and uncertainties, est publié le 29 septembre 2004 au cours d'une réunion-débat, organisée à Londres.

2006 : Inauguration du pôle européen MINATEC. Des laboratoires de recherche de dimension internationale et des entreprises de valorisation de ces technologies sont regroupés sur un même site : 4 000 chercheurs, ingénieurs et étudiants, un investissement d’un milliard d’euros sur dix ans (2000-2010), pour la recherche et le développement des composants électroniques dont la taille varie entre un millième (microtechnologies) et un milliardième de mètre (nanotechnologies).

Définition :

La nanotechnologie est une nouvelle approche liée à la compréhension et à la maîtrise des propriétés de la matière à l’échelle nanométrique, un nanomètre (un milliardième de mètre) correspondant à la longueur d’une petite molécule. À ce niveau, la matière présente des propriétés différentes et souvent étonnantes, et les frontières entre les disciplines scientifiques et techniques établies s’estompent. D’où la dimension interdisciplinaire forte associée à la nanotechnologie.

La nanotechnologie est souvent décrite comme potentiellement «perturbatrice» ou «révolutionnaire» en termes d’impact possible sur les méthodes de production industrielle. Elle apporte des solutions possibles à toute une série de problèmes actuels par le biais de matériaux, composants et systèmes plus petits, plus légers, plus rapides et plus efficaces. Ces possibilités ouvrent de nouvelles perspectives pour la création de richesse et l’emploi. La nanotechnologie devrait également apporter une contribution essentielle à la résolution de problèmes mondiaux et environnementaux en réalisant des produits et des processus destinés à un usage plus spécifique, en économisant des ressources et en réduisant le volume des déchets et des émissions.

Des progrès énormes sont aujourd’hui réalisés dans la course mondiale à la nanotechnologie. Entre le milieu et la fin des années 1990, l’Europe a rapidement investi dans de nombreux programmes sur les nanosciences.

Elle a ensuite développé une solide base de connaissances et doit maintenant veiller à ce que l’industrie et la société européenne puissent cueillir les fruits de ces connaissances en mettant au point des produits et des procédés innovants.

La nanotechnologie

La nanotechnologie est l’objet d’une récente communication de la Commission («Vers une stratégie européenne en faveur des nanotechnologies»). Dans sa communication, la Commission propose non seulement de promouvoir la recherche dans les nanosciences et nanotechnologies, mais aussi de prendre en considération plusieurs dynamiques interdépendantes:

• La coordination des programmes de recherche et des investissements nationaux doit être accrue de manière à doter l’Europe d’équipes et infrastructures («pôles d’excellence») compétitifs au niveau international.

En parallèle, il est essentiel de garantir une coopération entre les instituts de recherche des secteurs public et privé en Europe si l’on entend parvenir à une masse critique suffisante.

• Il ne faut pas perdre de vue les autres facteurs liés à la compétitivité, tels que la métrologie, les règlementations et les droits de propriété intellectuelle appropriés, de manière à ouvrir la voie à l’innovation industrielle et à créer des avantages concurrentiels, pour les grandes entreprises autant que pour les PME.

• Les activités liées à l’éducation et à la formation revêtent une grande importance; en particulier, l’Europe peut agir pour améliorer l’esprit d’entreprise des chercheurs, ainsi que l’attitude positive des ingénieurs en production face au changement. La conduite d’une véritable recherche interdisciplinaire dans le secteur de la nanotechnologie requiert également des nouvelles approches d’éducation et de formation dans le monde de la recherche et de l’industrie.

• Les aspects sociaux (tels que l’information du public et la communication, la santé, les problèmes environnementaux et l’évaluation des risques) constituent d’autres facteurs clés du développement responsable de la nanotechnologie et de la concrétisation des attentes des citoyens. La confiance du public et des investisseurs dans la nanotechnologie sera cruciale pour son développement à long terme et son application fructueuse.

L’objectif de la présente brochure consiste à montrer ce qu’est la nanotechnologie et ce qu’elle peut apporter aux citoyens européens.

Le microscope à effet tunnel

Invention marquante et indispensable aux nanosciences, le microscope à effet Tunnel a été inventé par des chercheurs d ’IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, Prix Nobel de Physique de 1986.

Outil de haute précision permettant de « voir » les surfaces des matériaux avec une résolution atomique, il peut opérer dans plusieurs conditions extrêmes (pression, température, magnétisme), servir de nano-outil de structuration des surfaces et d’étudier les propriétés électroniques des matériaux.

On approche une pointe très fine au dessus d’une surface en appliquant une tension entre les deux . Un courant peut s’établir lorsque la pointe est à quelques nanomètres de la surface, même si elle ne la touche pas: c’est l’EFFET TUNNEL. L’intensité de ce courant dépend avec une grande sensibilité de la distance entre la pointe et la surface. Lorsqu’on déplace la pointe au dessus de la surface, il suffit d’enregistrer les variations du courant en fonction de la position de la pointe pour tracer une représentation de la topographie de surface.

Principe du Microscope à Effet Tunnel

APPLICATIONS

Nous pouvons maintenant passer à la partie la plus amusante de ma présentation : supposons les premiers assembleurs créés, et imaginons quelques applications possibles (tous ces exemples sont tirés de livres ou d’articles cités en référence).

Fabrication

La nanotechnologie permet une amélioration de la qualité de fabrication sans précédent. Les atomes étant placés de façon précise, les problèmes liés aux impuretés et aux défauts dans les matériaux disparaissent presque entièrement. Il est ainsi possible de fabriquer des matériaux plus solides, utilisant beaucoup moins de matière.

Le coût de fabrication des objets serait extraordinairement réduit, car la fabrication consommerait beaucoup moins d’énergie et de matière première qu’à présent. De plus, la production étant entièrement automatique, les coûts de mains-d’œuvre sont pratiquement nuls.

En fait, on s’accorde à dire que les coûts de fabrication seraient pratiquement réduits aux coûts de conception (ce qui est le cas aujourd’hui dans l’industrie des logiciels pour ordinateur). En effet, la matière première peut être entièrement recyclée, et l’énergie peut provenir de capteurs solaires. (Ce qui limite aujourd’hui la possibilité d’utiliser les capteurs solaires à plus grande échelle est leur coût de fabrication et leur rendement, deux problèmes que la nanotechnologie devrait être en mesure de résoudre sans difficulté).

L’exemple classiquement donné est celui d’un appareil qui pourrait ressembler à un four à micro-onde.

Un tableau de commande permettrait de choisir l’objet souhaité: une paire de chaussure, un ordinateur, une pizza, etc. Des assembleurs commencent par se multiplier dans l’appareil, prenant la forme de l’objet désiré. Puis, une fois la structure créée, ils assemblent l’objet choisi, atome par atome. La paire de chaussure est prête en deux minutes !

Construction

De la même façon, les techniques de constructions pourraient être bouleversées. Il est possible d’imaginer