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Les termes nanosciences
et nanotechnologies sont apparus - encore timidement - il
y a deux décennies. Ces néo-concepts doivent beaucoup à l'invention
révolutionnaire du premier microscope à balayage à effet tunnel
(en anglais STM, Scanning Tunnel Microscope). Cette innovation a
été le premier pas jamais réalisé sur la voie des technologies capables
d'agir à l'échelle nanoscopique - de l'ordre du milliardième de
mètre ou nanomètre, ce qui représente un quatre-vingt millième de
l'épaisseur d'un cheveu humain - et de "manipuler" directement des
atomes.
Cette prouesse de deux physiciens, l'Allemand
Gerd Binnig et le Suisse Heinrich Röher, couronnée d'un prix Nobel
en 1986, scellait un étonnant rapprochement entre le monde de la
recherche fondamentale - à l'extrême point de l'exploration de la
matière - et la possibilité de développer un formidable champ d'applications
dont les contours n'ont cessé de s'étendre.
La clé d'un nouveau monde
Les nanosciences ont mobilisé depuis lors un effort
de recherche croissant. Elles constituent une approche capable de
changer radicalement la manière dont les scientifiques - physiciens,
chimistes ou biologistes - ont étudié le monde atomique et moléculaire.
D'un point de vue top down, ils travaillaient jusqu'ici en
partant de la réalité et des lois macroscopiques pour descendre
à des niveaux de plus en plus fins. Les nanosciences adoptent une
démarche bottom up inverse - en partant des atomes et en
construisant "artificiellement" des nanosystèmes moléculaires dotés
de propriétés très spécifiques. Cette approche comporte cependant
un défi scientifique fondamentalement nouveau, car elle suppose
la maîtrise des interactions entre atomes. Or, ces interactions
ne sont pas régies par les principes de la physique classique mais
bien par les lois complexes de la mécanique quantique.
En relevant ce défi, les nanosciences constituent
une promesse de changer radicalement la manière dont tout notre
environnement technologique est actuellement conçu et élaboré.
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Electronique - Face aux limites dont se rapprochent
de plus en plus les processus microélectroniques actuels dans
la miniaturisation des puces et l'augmentation de la puissance
des ordinateurs - ce qui signifierait la fin de la fameuse Loi
de Moore sur la croissance exponentielle des performances -,
les perspectives de la nanoélectronique représentent une superbe
"échappée" vers la naissance de l'ordinateur moléculaire et
quantique du futur.
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Vivant - La nanosynthèse des composants moléculaires
fondamentaux du vivant (protéines, acides nucléiques, lipides,
etc.) offre des perspectives jusqu'ici inconnues en biomédecine
et en biopharmacie, ainsi que pour toute la filière post-génomique.
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Matériaux - Des innovations en tous genres se dessinent
au niveau industriel: un exemple est celui des constructions
structurelles d'atomes de carbone appelées fullerènes, dont
certaines ressemblent à des ballons de football, qui pourraient
être capables de contenir de l'hydrogène et de jouer un rôle
de nanopiles à combustible ou encore de nanotubes présentant
des propriétés de résistance mécanique uniques. Des polymères
renforcés constitués par des nanoparticules peuvent également
constituer des composants assurant une sécurité maximale et
un allégement de poids (et donc une consommation énergétique
moindre) des véhicules. Les applications dans le domaine des
traitements de surface peuvent permettre d'obtenir des effets
physiques (lubrification, dureté) ou chimiques (réactivité,
effets catalytiques) tout à fait spécifiques.
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Machines - Les propriétés dynamiques de certains arrangements
atomiques ouvrent la voie à la conception de nanomoteurs, de
nanopompes, de nanopropulseurs, qui présenteraient des avantages
remarquables en termes de développement durable et d'économies
énergétiques.
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Environnement - Des recherches portent dès à présent
sur des nanosystèmes d'épuration et des nanosenseurs - cette
fonction de détection étant d'ailleurs applicable à tous les
champs de la métrologie.
Encadré
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| Trois
questions à Sir Harry Kroto
Quelles vous semblent les priorités
de la recherche sur les nanotechnologies ?
Les nanosciences nous font, bien sûr,
entrer dans le domaine de la physique quantique et les
applications dans la sphère des sciences du vivant impliquent
les biologistes. Mais le secteur le plus concerné est
la recherche en chimie. Les fondements de cette nouvelle
discipline consistent d'abord, en effet, à construire
de nouvelles molécules à l'échelle nanoscopique. Et,
pour cela, il faut véritablement lever une armée de
professeurs et d'étudiants formés à cette approche nouvelle,
qui pose des problèmes particulièrement complexes. Il
est urgent qu'une véritable sensibilisation à ces nouveaux
débouchés scientifiques soit affirmée.
Quels seraient les domaines
où les nanotechnologies pourraient avoir un impact rapide
et sensible dans notre vie quotidienne ?
En premier lieu, l'informatique. Nous
aurons bientôt dans notre poche des nano-PC encore bien
plus performants que nos actuels ordinateurs portables.
L'une des propriétés fascinantes des nanotechnologies
est, en effet, de concevoir des systèmes où les dépenses
d'énergie sont réduites à un niveau infime. Je pense
ensuite au domaine des matériaux, par exemple pour l'aéronautique,
qui construira des avions gros porteurs dotés de structures
à la fois ultra-résistantes et ultra-légères. En médecine,
les nanotechniques de chirurgie non-invasive vont devenir
révolutionnaires...
Où en est l'Europe, dans ce
champ scientifico-technologique en pleine expansion
au niveau mondial ?
Le potentiel de notre continent est
de haut niveau. Notre problème, dans ce secteur comme
dans d'autres, est celui de la dynamique entrepreneuriale.
Les Etats-Unis ont un formidable avantage car ils ont
une tradition de PME davantage capables de prendre des
risques tout en gardant une possibilité d'échouer, puis
de reconstruire. Nous devrions nous en inspirer.
Sir Harry Kroto (Université de
Sussex, Brighton, UK) a été co-lauréat du Prix Nobel
de chimie 1996 pour l'invention des fullerènes.
http://www.sussex.ac.uk/Users/kroto/harry1.html |
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