Les nanotechnologies

Introduction

Définition

Les nanotechnologies peuvent être définies comme étant la création et l'utilisation de matériaux, d'instruments et de systèmes portant sur la matière de 1 à 100 nanomètres, un nanomètre correspondant à un milliardième de mètre. Cette définition, basée sur la taille, cache en réalité le fait que ces matériaux, structures ou systèmes possèdent des propriétés découlant spécifiquement de cette taille nanométrique.

Laboratoire sur puce destiné à l'analyse de protéines : motif élémentaire de 10 à 100 nm. P. Boissieu, CEA-Leti Grenoble.A cette taille, la matière acquiert des propriétés inattendues, totalement différentes de celles des mêmes matériaux à l'échelle micro ou macroscopique, notamment en termes de résistance mécanique, de réactivité chimique, de conductivité électrique ou de fluorescence. Ainsi un nanotube de carbone, 100 fois plus léger et 6 fois plus résistant que l'acier, présente une surface spécifique très grande lui conférant des propriétés de réactivité particulières, et des propriétés mécaniques permettant la fabrication de matériaux composites de haute performance.

Les nanotechnologies apparaissent révolutionnaires bien qu'étant dans la continuité des actions dont le but était la miniaturisation des dispositifs électroniques et de techniques permettant d'observer des objets infiniment petits grâce à l'apport de la physique, de la chimie et de la biologie. Le côté révolutionnaire est dû au fait que cette continuité s'est accompagnée d'une rupture, la possibilité de manipuler la matière, atome par atome, grâce à la microscopie à effet tunnel, la pointe du microscope permettant de saisir des atomes quand on la soumet à une tension électrique et de les déposer là où on le souhaite en inversant la tension.

Si les nanotechnologies se trouvent encore à la frontière entre la réalité scientifique et des visions ambitieuses ou entre des premières utilisations et des applications prometteuses, on les retrouve déjà partout, aussi bien dans des pneumatiques, de la crème solaire ou des raquettes de tennis, sans oublier l'électronique et les semiconducteurs, ainsi que de nouveaux médicaments répondant à des besoins médicaux mal satisfaits, ou de nouvelles techniques de dépollution.

Présentation succincte du secteur et de quelques applications

Les nanotechnologies peuvent se décliner sur plusieurs domaines :

• Les nanomatériaux impliquent l'utilisation de procédés permettant la structuration de la matière au niveau atomique, moléculaire ou supramoléculaire à des échelles caractéristiques de 1 à 100 nanomètres, ce qui conduit à des propriétés très particulières par rapport aux matériaux passifs. Les matériaux nanochargés par incorporation d'une nanoparticule dans une matrice organique ou minérale permettent d'obtenir des fonctionnalités ou des propriétés mécaniques, optiques, magnétiques ou thermiques originales. Les matériaux nanostructurés en surface forment un revêtement bien défini aux fonctionnalités nouvelles (adhérence, dureté, auto-nettoyage…) accompagnées d'une résistance à l'érosion ou à l'abrasion améliorée. Les matériaux nanostructurés en volume possèdent une structure en réseau nanométrique tout en constituant des matériaux massifs.
• La nanoélectronique a un impact considérable dans toutes les technologies de la communication. Les nanotechnologies amènent à réfléchir à de nouvelles architectures pour les circuits, par exemple sur le modèle du cerveau où chaque neurone est connecté à plusieurs milliers de voisins. Elles permettent d'envisager la miniaturisation des transistors MOS qui ne seraient constitués que d'un nanocristal où le bit d'information serait réduit à un seul électron. A cela s'ajoute l'utilisation de photons pour transmettre les informations dans les circuits.
• Les nanobiotechnologies présentent de nombreuses applications dans tous les domaines associés aux sciences de la vie, la santé par le développement de nouveaux diagnostics et de nouvelles thérapies ciblées, mais aussi la nutrition par le développement d'aliments fonctionnels ou l'environnement par la mise en œuvre de procédés propres et économes en énergie.

De nombreux secteurs industriels sont concernés par le développement des nanotechnologies ; sans être exhaustif, l'encadré ci-après présente de nombreuses applications.