La nanotechnologie L’innovation pour le monde de demain

NANOTECHNOLOGIES ET NANOSCIENCES, MATÉRIAUX, MULTIFONCTIONNELS BASÉS SUR LA CONNAISSANCE, ETNOUVEAUX PROCÉDÉS ET DISPOSITIFS DE PRODUCTION

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Commission européenneDirection générale de la rechercheUnité «Information et communication»B-1049 Bruxelles Fax (32-2) 29-58220E-mail: research@cec.eu.int Internet: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_fr.html

Editeur: COMMISSION EUROPÉENNE

Direction générale de la rechercheDirection G — Technologies industriellesUnité G.4 — Nanosciences et nanotechnologies

Contacts: Dr. Renzo Tomellini, Dr. Angela Hullmann

E-mails: renzo.tomellini@cec.eu.int, angela.hullmann@cec.eu.int

Url: www.cordis.lu/nanotechnology

COMMISSION EUROPÉENNE

La nanotechnologie

L’innovation pour le monde de demain

Cette brochure doit son origine à un projet financé par le ministèrefédéral allemand de l’éducation et de la recherche (BMBF) et réalisépar l’Association allemande des ingénieurs - Centre de technologie(VDI-TZ). La Commission européenne remercie le BMBF d’avoirautorisé la traduction de la présente publication et sa mise à ladisposition du public européen. Nous remercions particulièrementMme Rosita Cottone (BMBF) et le Dr Wolfgang Luther (VDI-TZ) pourleur aide à la coordination.

Pour la version originale allemande, consulter l’adresse http://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php.

Édité par: Commission européenne, DG Recherche

Produit par: Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, Berlin

Coordination: Future Technologies Division, VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf

Auteur: Mathias Schulenburg, Cologne

Mise en page: Suzy Coppens, BergerhofStudios, Cologne

Direction générale de la recherche2004 «Nanosciences et nanotechnologies» EUR 21151FR

Europe Direct est un service destiné à vous aider à trouver des réponses aux questions que vous vous posez sur l’Union européenne

Numéro unique gratuit:

00800 6 7 8 9 10 11

AVERTISSEMENT:

Ni la Commission européenne, ni aucune personne agissant au nom de la Commission n’est responsable de l’usagequi pourrait être fait des informations ci-après.

Les opinions exprimées dans la présente publication n’engagent que l’auteur et ne reflètent pas nécessairement laposition de la Commission européenne.

De nombreuses autres informations sur l’Union européenne sont disponibles sur l’internet via le serveur Europa (http://europa.eu.int).

Une fiche bibliographique figure à la fin de l’ouvrage.

Luxembourg: Office des publications officielles des Communautés européennes, 2004

ISBN 92-894-8887-5

© Communautés européennes, 2004Reproduction autorisée, moyennant mention de la source

Printed in Belgium

IMPRIMÉ SUR PAPIER BLANCHI SANS CHLORE

Avant-propos

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 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.

Ezio Andreta

Directeur «Technologies industrielles»

Direction générale Recherche

Commission européenne

4

3 Avant-propos

4-5 Sommaire

6-7 L’atome: idée séculaire et réalité nouvelle

8-13 La nanotechnologie dans la nature

14-15 Des yeux pour le nanocosmos

16-17 Les appareils d’écriture

18-19 Des impulsions pour la science

20-21 La création de matériaux à l’échelle nanométrique

Sommaire

Voyage dans le nano-cosmos

Instrumentset processus

5

La nanotechnologiepour la société

réseau: la nanoélectronique

gie au quotidien de demain

22-27 Le monde mis en réseau: la nanoélectronique

28-29 La nanotechnologie au quotidien de demain

30-33 La mobilité

34-37 La santé

38-41 L’énergie et l’environnement

42-43 La nanotechnologie au service du sport et des loisirs

44-45 Les visions

46-47 Les possibilités et les risques

Informations complémentaires

48 Comment devenir nano-ingénieur?

49 Contacts, liens, littérature

50-51 Glossaire

52 Crédits

6

Voyage dans le nanocosmos

L’atome: idée séculaire et réalité nouvelleNotre monde matériel est constitué d’atomes. Le philosophegrec Démocrite le disait déjà il y a près de 2 400 ans. La Grècemoderne l’en a remercié en faisant figurer son portrait au versode la pièce de dix drachmes. Cette pièce était largement répan-due, tout comme les atomes. Une goutte d’eau en contient1 000 000 000 000 000 000 000, parce que les atomes sontinfimes, leur taille équivalant à un dixième de nanomètre.Un nanomètre, c’est un millionième de millimètre.

Amedeo Avogadro (1776-1856), professeur dephysique à Turin, a

quantifié la goutte d’eau.

Le rapport entre le diamètrede l’atome de magnésium et

celui d’une balle de tenniséquivaut au rapport entrele diamètre d’une balle detennis et celui de la terre.Pensez-y la prochaine fois

que vous avalerez uncomprimé de magnésium!

L’esprit de Démocrite plane au-dessus de lananoscène, un océan de possibilités infinies.

Quelques siècles plus tard, le philosophe latin

Lucrèce écrivit un poème sur les atomes:

L’univers consiste en un espace et un nombre infinide particules indivisibles, les atomes, dont la variété est elleaussi infinie. ... Les atomes se différencient uniquement parla forme, la taille et le poids; ils sont impénétrablement durs,imperturbables, la limite de la divisibilité physique… C’est

vrai, mais ce n’était à l’époque que pure spéculation.

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.

Puis, plus personne ne s’intéressa à ce sujet pendant

longtemps. Au XVIIe siècle, Johannes Kepler, le célèbre

astronome, s’intéressa en 1611 aux flocons de neige:

leur forme régulière ne pouvait en réalité être due

qu’à des éléments constitutifs simples et uniformes.

L’idée de l’atome reprit vigueur.

7

Les appareils d’analyse modernes ont permis de

visualiser les composants extrêmement complexes de

la matière vivante jusqu’à l’échelle nanométrique.

Enfin, dans les années 1980 fut créé un instrument, le

microscope à effet tunnel, capable non seulement de

visualiser les atomes d’un cristal – nombreux furent

ceux qui prirent les premières images pour des

montages –, mais aussi de les faire glisser l’un sur

l’autre.

Le terrain était désormais déblayé pour un

développement vital, la nanotechnologie.

À Kiel, le professeur Berndtutilise des atomes demanganèse pourreproduire le logo del’université Christian-Albrechts.

Les scientifiques qui étudiaient les minéraux et les

cristaux envisagèrent de plus en plus sérieusement

l’existence des atomes. Ce n’est toutefois qu’en 1912

que l’université de Munich apporta la preuve directe

de cette existence: un cristal de sulfate de cuivre

décompose les rayons X de la même façon qu’un para-

pluie diffuse la lumière d’une

lanterne. Le cristal devait

donc être composé

d’atomes, alignés en

rangs comme le

fil du tissu dans lequel

le parapluie était fabri-

qué, ou comme une

pile d’oranges dans une

échoppe. La raison pour laquelle les atomes s’agen-

cent de manière aussi régulière est

simple: la matière se

facilite la vie le plus

possible, et l’aligne-

ment en rangs est

la struc- ture la

plus conforta-

ble. Même les noix que

l’on secoue dans un plat à

fruits composent des formes régulières; pour

les atomes, c’est encore bien plus aisé.

Les modèles simples ne sont toutefois pas toujours les

plus faciles à reproduire. Mue par des forces d’auto-

agencement, la matière sur terre a adopté, au fil des

milliards d’années, des formes extraordinairement

complexes et vivantes.

Ada Yonath, DESY,Hambourg, décode lastructure de nanomachinesbiologiques comme lesribosomes parcristallographie.

8

La nanotechnologie dans la nature

Les nanotechnologues aiment la nature. En quatre milliards d’années,celle-ci a en effet trouvé des solutions parfois étonnantes à sesproblèmes. Un exemple typique réside dans la façon dont la vie struc-ture sa matière jusque dans les détails, jusqu’au niveau des atomes.C’est également ce que recherchent les nanotechnologues.

Les atomes ont mauvaise presse. Quiconque en

entendra parler pensera à de gigantesques

explosions ou à des rayonnements dangereux.

Cela ne peut toutefois concerner que les techniques

qui font appel au noyau atomique. La nanotechnologie

porte sur l’enveloppe de l’atome, et c’est à cette échelle

que cette dernière entre en jeu.

Pour dissiper le moindre doute quant au fait que les

atomes constituent un environnement quotidien, et

même agréable dans certaines liaisons, prenons un

fromage comme point de départ de notre voyage dans

le nanocosmos.

La mimolette est un fromage hollandais. Sa surface

parsemée de petits trous divulgue un secret: ce

fromage est habité. Les producteurs reconnaissent

que l’activité des acariens profite à l’arôme de la

mimolette. Ces acariens ont une taille d’un dixième

de millimètre. L’ESEM, un microscope à balayage

électronique spécial, permet de les observer vivants.

Comme toutes les autres formes de vie, les acariens

sont constitués de cellules, dont la mesure est le

micron. Une cellule est dotée de mécanismes

extrêmement complexes. Les ribosomes, qui

composent toutes les molécules de protéines possibles

et imaginables d’après les spécifications de l’ADN,

constituent une partie importante de ces mécanismes.

Leur ordre de grandeur: 20 nanomètres. Des

fragments de la structure des ribosomes ont été

décodés jusqu’aux atomes. Les premières applications

concrètes de ce type de nanobiotechnologie sont les

nouveaux médicaments qui bloquent les ribosomes

des bactéries.

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Effet lotus & Co.

Gouttes d’eau sur unefeuille de lotus, vues parl’ESEM, un microscope à

balayage électroniquespécial de l’université

de Bâle.

Le lotus nettoie ses feuilles grâce à «l’effet lotus».

Le microscope à balayage électronique ESEM

montre la manière dont les gouttelettes d’eau

sont tenues à l’écart de la surface de la feuille. Cela

s’explique par la structure noppée des feuilles, qui fait

perler l’eau à vitesse élevée et entraîne ainsi la saleté.

L’effet lotus – étudié en particulier par le professeur

Barthlott et ses assistants à l’université de Bonn – a

déjà trouvé une application pour toute une série de

produits comme les peintures pour façades, le long

desquelles l’eau s’écoule en emportant la saleté. Les

céramiques sanitaires dotées d’une structure en lotus

sont très faciles d’entretien.

Les feuilles des végétaux font appel à d’autres

nanotechnologies. Leur régime hydrique est souvent

régulé par les forisomes. Ce sont des muscles

microscopiques qui ouvrent ou ferment – quand la

plante est blessée – des voies dans le système

capillaire. Trois instituts Fraunhofer et l’université de

Gießen tentent aujourd’hui de trouver des

applications techniques aux muscles de la plante,

notamment pour les moteurs linéaires

microscopiques, ou peut-être pour un laboratoire

complet sur puce.

Le processus de photosynthèse, qui capte l’énergie

nécessaire à la vie sur terre, constitue l’une des

technologies les plus sophistiquées à l’échelle

atomique. Il concerne chaque atome. Quiconque sera

en mesure de le répliquer au niveau nano-

technologique disposera de ressources illimitées en

énergie.

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La fleur de lotus nettoie ses feuillesgrâce à «l’effet lotus» du mêmenom.

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La nanotechnologie au plafond:le gecko

Le gecko peut monter le long du mur, filer tête

en bas sur le plafond et même y rester accroché

avec une seule patte. Il y parvient – cela va de soi

– grâce à la nanotechnologie. La patte du gecko est

munie de poils extrêmement fins à ce point souples

qu’ils peuvent s’approcher à quelques nanomètres du

support sur de grandes surfaces. C’est ce que l’on

appelle une liaison de van der Waals, une liaison très

faible mais faite de millions de points d’adhérence.

Ces liaisons se défont facilement par «épilation», de la

même façon que l’on retire un ruban adhésif.

Le gecko peut ainsi se déplacer sur le plafond. Les

spécialistes de la matière se réjouissent déjà de la

mise au point d’une «geckoline» synthétique.

Coller à la vie

La vie existe parce que ses composantes sont

maintenues ensemble grâce à une technique

d’adhérence sophistiquée de type

nanotechnologique. Même en cas de blessure, par

exemple de piqûre d’insecte: la zone touchée rougit

parce que ses vaisseaux capillaires s’élargissent,

permettant le passage des leucocytes, les globules

blancs. Les cellules de la zone de la piqûre sécrètent

une phéromone. Selon la concentration de cette

phéromone, les cellules des vaisseaux sanguins et les

leucocytes véhiculent

des molécules

adhésives bien précises

qui ralentissent le

passage des leucocytes.

Au niveau de

phéromone maximal,

les leucocytes adhèrent

fermement, et d’autres molécules adhésives

emmènent les particules de sang vers la piqûre, où

elles s’attaquent aux

corps étrangers

éventuels. Tout l’art

d’une adhérence

parfaite. Les recherches

relatives aux imitations

nanotechnologiques

obéissent désormais à

la formule «bonding on command», l’adhérence sur

commande.

Les moules, artistes de l’adhérence

La moule commune – celle qui est servie au

restaurant cuite au court-bouillon – est une

artiste de l’adhérence nanotechnologique.

Quand elle veut s’accrocher quelque part, elle ouvre

sa coquille et pousse son pied sur le rocher, le plie

pour former une cloche de succion et, au moyen de

petites canules, injecte des gouttelettes adhésives

baptisées micelles dans la zone de dépression, où elles

éclatent pour former un adhésif sous-marin puissant.

Ce phénomène forme immédiatement une mousse

qui sert de coussin. La moule s’attache alors à son

«pare-chocs» à l’aide de fils élastiques de bysse, de

manière à pouvoir supporter sans mal les

mouvements des marées.

Les scarabées, lesmouches, les araignées,

les geckos, etc., ontdévoilé tous les secrets deleur force d’adhérence au

Max-Planck-Institut fürMetallforschung de

Stuttgart. Ils adhèrentgrâce à de fins poils

formant la base d’uneliaison de van der

Waals. Plus l’animal estlourd, plus les poils sont

fins et nombreux.

Gros plan sur une patte de mouche.

La nanotechnologie dans la nature

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Une moule avec fils de bysse et pied.

L’Institut Fraunhofer (IFAM) de Brême mènedes recherches sur un adhésif de moulemodifié permettant de rendre la porcelainela plus délicate résistante au lave-vaisselle.Le réseau de compétence «Neue Werkstoffeund Biomaterialien» installé à Rostock etGreifswald étudie lui aussi les moules.

La biominéralisation

Les moules peuvent encore bien plus de choses.

Leur nacre est composée d’innombrables

cristaux de calcaire qui se présentent sous la

forme d’aragonite et qui, s’ils étaient isolés, seraient

très cassants. Dans la moule toutefois, ils sont

maintenus ensemble par des protéines très

élastiques. Par rapport au poids total de la moule, 3%

de protéines suffisent pour rendre la coquille de la

moule abalone trois mille fois plus solide qu’un

cristal de calcite pur. C’est ainsi que les oursins

renforcent leurs épines de trente centimètres pour

leur permettre de résister au ressac.

La biominéralisation peut également produire des

structures très fines. Dans une zone limitée proche

des Philippines vit une éponge appelée «corbeille de

Vénus». Elle est recourbée comme le fourreau d’un

poignard ottoman, mais autour d’un axe

longitudinal. L’éponge doit son nom à la structure du

squelette intérieur de son manteau. C’est un tissu

fait de fines épingles de silicium perforées comme le

cannage du dossier d’une

chaise. Ce tissu est entrelacé

en angles droits et en

diagonale. La corbeille de

Vénus est un chef-d’œuvre

de la biominéralisation:

des composants

élémentaires de

dioxyde de silicium de

trois nanomètres de

diamètre relient les

cellules de l’éponge

en couches

extrêmement

fines.

Biominéralisation technique: desnanoparticules réparent des dents.

Quand les dents deviennent sensibles aufroid ou à l’acidité, la cause réside

généralement dans les petits canaux del’émail, les tubuli de dentine. Ces canaux

peuvent être rebouchés dix fois plusrapidement avec les nanoparticules de

phosphate de calcium (apatite) et deprotéines mises au point par la société

SusTech qu’avec les préparations d’apatiteusuelles. La couche de matériau

reminéralisée se comporte dans la bouchecomme un matériau dentaire naturel.

Le canevas biominéralen trois dimensions del’émail dentaire d’unemolaire de campagnolprotège la surface demastication contre lestrous.

Celles-ci s’enroulent ensuite de manière à former les

épingles, l’élément de base de la structure de

l’éponge, qui doit supporter des changements de

pression importants.

Une corbeille de Vénus,l’éponge de haute meractuellement étudiée entant qu’exemplebiologique pour lesconduites à fibreoptique.

12

L’étoile de mer «ophiocoma wendtii» possède un système de vision optiqueà microlentilles parfait. En haut: vue de jour; en bas: vue de nuit.

La biominéralisation revêt une importance

stratégique chez les diatomées, des algues siliceuses.

Ces êtres microscopiques se protègent au moyen

d’une coquille en acide silicique, dont le composant

principal est le dioxyde de silicium (SiO2). Comme le

verre de quartz, qui est lui aussi composé de dioxyde

de silicium, les coquilles d’acide silicique sont

relativement insensibles à de nombreux acides

corrosifs et solutions alcalines; les nanotechnologues

ont donc pensé à en faire des tubes à essai

nanométriques pour les cristaux. Un truc pour

obtenir des particules nanométriques par réaction

chimique consiste en effet à limiter le volume de

réaction. Quand le réactif est totalement consommé,

les cristaux découlant de la réaction restent petits.

Les coquilles des diatomées contiennent de nombreux

pores nanométriques ou nanoréacteurs.

Comment ces coquilles, parfois visuellement très

attractives, apparaissent-elles? De premiers éléments

de réponse existent. Des chercheurs de l’université de

Ratisbonne ont découvert que des variantes d’un

groupe de protéines bien connu, les «polyamines»,

peuvent produire presque spontanément des

nanoparticules présentant une concentration

adéquate en acide silicique et un diamètre réglable de

50 à 900 nanomètres. Les coquilles d’acide silicique se

formeraient tout aussi spontanément d’après des

modèles de croissance simples.

La nanotechnologie dans la nature: l’ophiocomawendtii, une étoile de mer velue de la taille d’une

assiette, a longtemps constitué un mystère.

Cet animal, de corps circulaire blindé duquel partent

cinq bras, se cache à l’approche des prédateurs bien

qu’il n’ait apparemment pas d’yeux. Ceux-ci ont

finalement été découverts dans sa carapace calcaire.

L’animal est en effet recouvert de champs

microlenticulaires parfaits qui transforment tout son

corps en œil complexe. Quel rapport avec la

nanotechnologie? Les lentilles sont à ce point

cristallisées que la particularité de la calcite qui

consiste à créer une image double n’entre pas en ligne

de compte. La cristallisation est contrôlée au niveau

nanométrique. Les lentilles sont également corrigées

de leur «aberration sphérique» par l’addition subtile

de magnésium, de manière à prévenir les

débordements de couleurs indésirables. L’ophiocoma

utilise pour ce faire les raffinements

nanotechnologiques qui ont fait la renommée de

Carl Zeiss.

Grâce à des formesoptimales, les

diatomées – en haut, lacomparaison avec une

«éponge de Menger»(voir également p. 21) –

présentent la stabilitéla plus élevée lorsque

leur poids est auminimum et, proba-

blement, des systèmesde collecte de la lumièrepour leurs appareils de

photosynthèse, leschloroplastes.

Tout-en-un: coquilleblindée et champmicrolenticulaire.

Pourquoi les diatomées furent-elles, à un certainmoment, considérées comme ayant eu une«importance stratégique» ? En 1867, le suédoisAlfred Nobel découvrit que la terre d'infusoires,terre à diatomées composée de dépôts fossilesdiatomées, absorbait la nitroglycérine, inhibantainsi la tendance de cet explosif à détoner spon-tanément. Nobel donna le nom de «Dynamite» àce mélange, dont les ventes atteignirent un telniveau qu'elles furent à l'origine de la fondationqui finance de nos jours les Prix Nobel.

La nanotechnologie dans la nature

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13

Au-delà des limites de la nature

La nanotechnologie se base sur la nature pure.

Cependant, les capacités de la nature vivante sont

restreintes. Elles ne peuvent s’exprimer à de hautes

températures, comme celles nécessaires à la cuisson

de la céramique, ni s’appliquer aux conducteurs

électriques. De son côté, la technologie moderne

dispose d’un large éventail de conditions artificielles

– pureté extrême, froid, vide – dans lesquelles la

matière dévoile parfois des propriétés étonnantes.

Parmi celles-ci, on trouve notamment les effets

quantiques, qui semblent parfois en vive

contradiction avec les lois de notre monde quotidien.

Les particules du nanocosmos peuvent ainsi adopter

des propriétés ondulatoires: un atome, qui est

apparemment une entité «solide»,

peut passer par deux petits

orifices en même temps, comme

une vague, pour se reformer de

l’autre côté.

Quand leur taille approche le

nanomètre, les particules

acquièrent des propriétés

nouvelles. Ainsi, les métaux

deviennent des semiconducteurs

ou des isolateurs. Certaines

substances, comme le tellurure de

cadmium (CdTe), prennent dans le

nanocosmos toutes les couleurs de

l’arc-en-ciel, tandis que d’autres

transforment la lumière en

courant électrique.

Quand les particules deviennent

nanoscopiques, la proportion

d’atomes sur leur surface

augmente fortement. Les atomes

de surface possèdent toutefois

souvent des propriétés différentes

de ceux du centre de la particule

et sont généralement beaucoup

plus prompts à réagir. L’or, par

exemple, devient un bon

L’Institut des nouveauxmatériaux (INM) de Sarrebrucka mis au point des processusfaisant appel à desnanoparticules pour appliquerdes hologrammes inimitables etrésistants à l’usure sur descomposants métalliques.

Même la nature ne peut pas enfaire de même: de la céramiquetraitée avec de la suie nanométriquedestinée aux systèmes d’allumagepar incandescence résistants à lacorrosion, comme pour leschauffages au gaz. La conductivitéréglable de la céramique rend touttransformateur inutile.

catalyseur pour les piles à combustible à une échelle

nanoscopique (voir également «La mobilité»).

Les nanoparticules peuvent aussi être recouvertes

d’autres substances, permettant aux matériaux

qu’elles composent de combiner diverses propriétés.

Un exemple? Les nanoparticules

céramiques à coque organique, qui

réduisent la tension de surface de l’eau et

sont utilisées pour recouvrir les miroirs

de salle de bain antibuée.

Spécialement recouvertes, les

nanoparticules de magnétite, un oxyde

de fer, créent dans l’huile un ferrofluide,

un liquide qui peut être formé

magnétiquement. Les ferrofluides sont

utilisés dans un nombre sans cesse

croissant d’applications, comme les

agents d’étanchéification pour joints

rotatifs de conteneurs sous vide et

boîtiers de disques durs, ou dans les

amortisseurs de vibrations réglables pour

machines et automobiles.

Personne ne doit avoir peur de la complexité de

la nanotechnologie. La pomme est un ensemble

complexe – cellules, ribosomes, ADN – mais elle

reste un fruit fort apprécié. À l’instar des bonnes

nanotechnologies, la pomme se manipule aisément.

Des nanoparticules demagnétite dans le pétrole.Le fluide peut être magnéti-quement contrôlé et formé.

Les particules detellurure de cadmiumdeviennent fluorescentes,la couleur dépendantuniquement de la taillede la particule.

Magnetotacticum bavaricum.Les bactéries magnétiquespeuvent synthétiser deschaînes de nanomagnétite etêtre utilisées comme aiguillesde boussole.

14

Instruments et processus

Quel rapport entre le télescope européen à

rayons X Newton et la nanotechnologie?

Il collecte les rayons X provenant d’objets

éloignés grâce à 58 réflecteurs de la taille d’une

corbeille à papier, insérés les uns dans les autres

comme les couches d’un oignon et métallisés à la

vapeur d’or. Ces réflecteurs présentent une

irrégularité de surface moyenne d’à peine 0,4 nano-

mètre. Un chef-d’œuvre de technologie auquel la

société Carl Zeiss AG a grandement contribué.

Les réflecteurs de rayons X de précision destinés à la

spectroscopie et la microscopie par rayons X sont

constitués de plusieurs centaines de couches de deux

éléments lourds différents. Les exigences imposées à

ces réflecteurs sont encore plus pointues et les

couches ne peuvent dévier de la mesure idéale que de

quelques fractions du diamètre d’un atome. L’Institut

Fraunhofer de génie des matériaux et des faisceaux

de Dresde maîtrise cette technique.

La nature a elle aussi découvert le mécanisme du

réflecteur en couches pour le spectre de la lumière

visible: le calmar nocturne euprymna scolopes dirige

la lumière des bactéries lumineuses vers de petits

miroirs composés de réflectine qui donnent un effet

de ciel étoilé trompant les prédateurs passant en

dessous de lui. Cet exemple de nanotechnologie

biologique a été découvert récemment à l’université

de Hawaii.

Les sondes à balayage

Les sondes à balayage, des yeux permettant

d’explorer le nanocosmos, paraissent moins

spectaculaires, et pourtant le microscope à effet

tunnel, la technologie qui a donné naissance à toutes

les sondes à balayage, a décroché dernièrement le

prix Nobel. Dans les sondes à balayage électronique,

des piézocristaux guident une tête de balayage par-

dessus le sujet étudié, comme les champs d’atomes.

La nanotechnologie dansl’espace: les réflecteurs

du télescope européen àrayons X Newton sontpolis à une épaisseur

moyenne de0,4 nanomètre, ce qui

leur permet de détecterdes sources de rayons X

dans la constellationd’Andromède.

«Quantum Corral», de Don Eigler, IBM. Les ondes à l’intérieur reflètent lapossibilité de rencontrer un électron.

Sensation scientifique: unéclair de rayons gamma

produit des anneaux dans unnuage de poussière galactique.

Des yeux pour le nanocosmos

15

Les mouvements sont minuscules, et la distance

entre la tête et le champ d’atomes généralement

inférieure au diamètre de l’atome. Quelque chose se

produit dans cette zone: tantôt un courant, tantôt

un champ magnétique passager. Les ordinateurs

interprètent graphiquement les mesures sur une

surface, créant une image exacte à l’atome près

selon le principe de mesure.

Le microscope à balayage de force fait appel à un

processus particulièrement subtil. Il sent les forces

instantanées exercées sur le dernier atome de la tête

de la sonde par les atomes du champ magnétique.

Vue schématique de lapointe classique d’unmicroscope à effet tunnel.

Les sondes «capacitives» peuventégalement être utilisées pour

représenter les processus decommutation sur une puce.

Un cristal de bromure de potassium avecdes terrasses atomiques. Le sel que voussaupoudrez sur votre œuf à la coqueprésente des cristaux similaires.

Du silicium en gros plan: le microscopeà balayage de force dessine bien ladensité des électrons.

Le dernier atome de la tête de la sondeémet deux nuages d’électrons gravitant

comme décrit dans les manuels.

Un réflecteur multicouchescourbé pour une analysepar rayons X de hauteperformance.

L’euprymna scolopes leurre ses ennemis à l’aide de réflecteursmulticouches composés de réflectine. La lumière est fournie pardes batteries lumineuses.

Le microscope à balaye de force: ladéviation de l’aiguille du capteur esttransmise à une cellule photoélectriquepar un rayon laser.

15

Ce processus permet même de visualiser les électrons

des atomes et de divulguer les secrets du niveau

ultime de la matière. Le record du monde actuel de la

résolution est détenu par l’université d’Augsbourg.

16

Les puces modernes présentent des structures encore

plus petites que la longueur d’onde de la lumière

lithographique. Elles ont recours à des lasers à

fluorure de krypton d’une longueur d’onde de 193

nanomètres afin de créer des largeurs de structure de

130, et bientôt 90 nanomètres. Cette évolution est

possible grâce à des phénomènes optiques ingénieux

comme la «correction de la proximité optique» et le

«déphasage». On pose actuellement les fondements de

la lithographie par ultraviolets extrêmes (EUV), qui

utilise des longueurs d’onde de 13 nanomètres et qui

pourra produire des structures d’à peine 35 nano-

mètres de largeur dans le silicium. Les exigences

relatives aux matériaux servant à la fabrication de

masques sont évidemment énormes: lorsqu’elle se

chauffe d’un degré Celsius, une plaque de 10 cm de

longueur ne peut se dilater que de quelques dixièmes

de nanomètre, c’est-à-dire de quelques diamètres

atomiques. La planéité requise de quelques diamètres

atomiques se situe à la limite du théoriquement

faisable.

La lithographie

Dans le monde de l’informatique, la

lithographie constitue la technique de

production de puces à l’aide de la lumière.

Dans ce processus, la surface finement polie d’un

matériau semiconducteur, une tranche de silicium,

est recouverte d’un enduit protecteur photosensible

sur lequel est projetée l’image d’un circuit.

Le développement de l’enduit protecteur révèle les

zones exposées et non exposées de la tranche, qui

acquièrent ensuite les propriétés électriques requises

par le biais de procédés tels que la gravure,

l’implantation d’atomes étrangers ou la déposition. La

répétition du processus sur de nouveaux modèles et

circuits forme finalement l’une des structures les plus

complexes jamais inventées par l’homme: les circuits

hautement intégrés ou puces. La densité des

transistors a atteint désormais un tel stade qu’un

demi-million de transistors (ou plus) pourraient tenir

sur le point laissé par un crayon.

Le processus de lithographie: une puce est une structuretridimensionnelle dont tous les éléments de commutation sont agencésen couches individuelles. Pour une puce moderne très performante, ilfaut compter 25 à 30 couches de ce type, qui nécessitent toutes leurpropre masque lithographique. La structure du masque est projetéesur la tranche par la lumière et le système lenticulaire du répéteur, unappareil semblable à un rétroprojecteur. Chaque nouveau masqueajoute une nouvelle fonctionnalité à la puce, accroissant ainsi sacomplexité.

Les appareils d’écritureIn

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17

L’émergence de Dresde en tant que pôle de développementde l’électronique est un exemple de réussite pour l’aide à larecherche allemande. Pas moins de 16 000 emplois ont étécréés dans la région, apportant un effet innovateur à toutel’économie allemande. Dans le cadre de projets financés parle ministère allemand de la recherche (BMBF), 44 partenai-res industriels et instituts de recherche, dont 21 moyennesentreprises, ont mis au point la norme liée à l’utilisationfuture de tranches de cristaux de silicium de 300 millimè-tres de diamètre destinées à la production de circuits inté-grés extrêmement complexes. Le Centre des technologiesdes masques de Dresde, où sont mis au point les moyens destructurer les futures puces nanoélectroniques, doit jouerun rôle déterminant.

La nano-impression pour les petites etmoyennes entreprises

Quand on parle de nanoélectronique, l’image

qui vient à l’esprit est celle d’équipements

onéreux nécessitant des millions, voire des

milliards d’euros d’investissement, mais qui

fabriquent des produits abordables en raison de leur

rendement. Les moyennes entreprises disposent

toutefois de moyens d’accéder au nanocosmos.

Ces méthodes peuvent paraître archaïques au premier

abord; ainsi, au cours du processus de nano-

impression par UV, les nanostructures sont pressées

mécaniquement sur un enduit recouvrant le matériau

électronique porteur comme le silicium. Le modèle

contenant les nanostructures délicates est fait de

verre de quartz, transparent à la lumière ultraviolette.

Quand la presse est abaissée sur l’enduit, une

impulsion de lumière UV entraîne la polymérisation,

c’est-à-dire le durcissement de l’enduit photosensible.

Le modèle est ensuite retiré, et le relief de l’enduit est

aminci. Le silicium révélé peut ensuite être traité

comme voulu; en répétant le processus de

Imprimer le nanocosmos: à l’Institut d’électronique des semiconducteurs(IHT) de la RWTH d’Aix-la-Chapelle, on peut déjà créer des largeurs destructure de puce de 80 nanomètres grâce à des méthodesmécaniques/optiques. Applications: des circuits de série limitéeextrêmement complexes.

Un prototype de systèmerépéteur par EUV pourla production desfutures générations depuces.

Le zerodur pour lesmasqueslithographiques: cettecéramique spéciale restestable, même à uneéchelle nanoscopique.

nombreuses fois à l’aide de différents modèles, on

crée finalement la structure complexe d’une puce,

avec des transistors, des circuits, etc. Des structures

d’à peine 10 nanomètres ont déjà été réalisées lors

d’essais en laboratoire. Le processus ne se limite pas

aux composants électroniques et peut également

s’appliquer à la structuration des métaux et des

plastiques, ou encore déboucher sur la création d’un

laboratoire sur puce. Le coût d’une machine de nano-

impression est actuellement estimé à moins d’un

million d’euros, une fraction du coût des

équipements similaires utilisés dans une usine

moderne de production de puces conventionnelles.

Néanmoins, la technique de nano-impression par UV

ne permettra pas nécessairement de fabriquer des

produits plus économiques parce que sa capacité est

bien plus faible. Pour les mini-séries spéciales

– « mini » par comparaison avec les gros volumes des

grands producteurs de processeurs –, elle pourrait

devenir une technologie de choix.

18

Le laser à rayons XXFEL, un phare pourla nanotechnologie

Si tout se passe comme prévu, quelques milliards

d’électrons vont vivre un événement très

excitant en 2012. Partant du site DESY de

Hambourg-Bahrenfeld, ils seront portés à un niveau

d’énergie très élevé par un accélérateur d’électrons

supraconducteur pour être ensuite systématiquement

détournés par des aimants vers des voies de déviation

situées 3,3 kilomètres plus loin. Ce phénomène

produira des rayons X de faible longueur d’onde d’un

type très spécial: le rayonnement laser.

Ce rayonnement sera le plus précieux jamais

obtenu par des scientifiques. En une seule

fois, il sera donc possible de déterminer la

structure d’une biomolécule isolée (!).

Les sources de rayons X actuellement

disponibles nécessitent des cristaux

bien formés de biomolécules, ce

qui n’est pas souvent faisable.

Les éclairs de rayons X sont

si courts que les

différentes phases du

mouvement d’une

molécule pourront

être filmées

correctement.

Les effets quantiques

Àl’université Ludwig-Maximilian de Munich, la

matière est poussée tous les jours à l’extrême

de la nanotechnologie, dans des conditions où

elle affiche parfois des propriétés étranges. Par

exemple, lorsque de la vapeur constituée de centaines

de milliers d’atomes de rubidium est refroidie à un

millionième de degré au-dessus du zéro absolu

(-273 °C) et comprimée par un champ magnétique, les

atomes se rassemblent pour former un «condensat de

Bose-Einstein» dans lequel ils forment une seule

unité, comme des soldats marchant en

rang. Les opticiens munichois du

monde quantique munichois

peuvent forcer un tel bloc à entrer

dans un réseau tridimensionnel

d’ondes laser et le manipuler, par

exemple en rendant les pièges à lumière

tellement forts que le bloc se décompose

en un «condensat de Mott». Ces travaux

ont été récompensés par le prix Nobel de

physique en 2001. Pourquoi? La recherche de

ce type rend la théorie quantique bien

vivante, et c’est ce qui compte dans le

nanocosmos. Ceux qui le comprendront et le

maîtriseront totalement pourront, par exemple,

mettre au point des normes de temps plus

précises, les horloges plus précises pouvant à leur

tour aider à accélérer les échanges de données sur

l’Internet. Cette recherche apparemment ésotérique

prouve donc qu’elle mérite d’être menée.

Le «condensat de Mott», une matière exotiquepour une mesure du temps ultraprécise.

Des éléments supraconducteurs pourl’accélération des électrons.

Des impulsions pour la science

Un spectromètre conventionnel pour les analyses structurelles parrayons X. La science doit une grande partie de sa connaissance dunanocosmos à de tels instruments.

Une course souterraine pour électrons rapides.

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Les éclairs de laser de rayons X d’une femto (0,000000000000001) secondepermettent de suivre et de comprendre le déroulement exact d’uneréaction chimique, en vue d’une application, par exemple, pourl’optoélectronique, la photovoltaïque, les piles à combustible et les pilessolaires; la nanotechnologie à l’échelle infinitésimale.

Le laser à électron libre encours de construction.

Graphique de la voied’accélération souterrainedes électrons.

Ce qui pourrait passer pour un tourbillon flou en

comparaison avec d’autres méthodes prend une forme

reconnaissable grâce au laser à rayons X.

Les secrets de la friction peuvent être dévoilés.

Des groupes nanométriques de quelques centaines

d’atomes à peine permettront de déterminer ce qui

crée la friction, et de quelle manière.

Les propriétés des amas, les agglomérations de

quelques centaines d’atomes, peuvent également faire

l’objet de recherches plus pointues avec le XFEL

qu’avec tout autre instrument. Bref, le plus grand

projet européen du secteur de la nanotechnologie

donnera un puissant élan à la science et à la

technologie. Selon toute probabilité, le montant total

prévu de 684 millions d’euros (en 2003) sera plus que

justifié, ce tant en termes de connaissance pure que

d’espèces sonnantes et trébuchantes.

20

Des procédés sol/gel pour des matériaux nouveaux

La sauce béarnaise fut créée en l’honneur

d’Henri IV, roi de France, et baptisée ainsi parce

que le souverain était originaire du Béarn.

Cette sauce constitue un très bon (et succulent)

exemple de système colloïdal. Le terme colloïde

désigne une substance dans laquelle de nombreuses

fines particules sont en suspension stable dans une

autre substance. Dans le cas de la sauce béarnaise, ce

sont des gouttelettes de vinaigre en suspension dans

Mon royaume pour un procédé sol/gel:la sauce béarnaise fut créée en l’honneur

du roi de France Henri IV.

La conception de matériaux à l’échelle nanométriqueIn

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du beurre fondu. Les crèmes et les peintures sont

d’autres exemples de colloïdes. Avec la technologie

sol/gel, les colloïdes mènent directement au secteur

de la haute technologie.

Dans la technologie sol/gel, un sol (généralement

colloïdal) est produit à base de composés solubles tels

que ceux de silicium, dans lesquels les gouttelettes

contenant du silicium sont en suspension dans une

solution conductrice. Quand elles sont vaporisées sur

une plaque et chauffées, la solution conductrice

s’évapore et les gouttelettes de silicium se soudent

pour former un réseau. Ce réseau soudé se solidifie

ensuite sous la forme d’une couche céramique dure.

La plaque est donc protégée contre la corrosion et les

griffures.

La technologie sol/gel est utilisée sous des centaines

de variantes pour divers matériaux. Les sols soudés

peuvent également être formés en fils, chauffés

ensuite pour être convertis en fibres céramiques.

Les sols servent aussi à produire des poudres

nanométriques que l’on peut mettre à feu plus

facilement et à des températures plus basses que les

poudres conventionnelles et qui résistent aux

pressions et températures les plus élevées.

La technologie sol/gel convient également à la

fabrication de composants optiques sophistiqués tels

que les câbles à fibre optique, les doubleurs de

fréquence ou les champs microlenticulaires. Ce type

de nanotechnologie ne promet rien moins qu’une

révolution dans la technologie des matériaux.

Dans certaines conditions, les solvants en gel peuvent

aussi être éliminés de sorte que le gel conserve son

volume d’origine et produit un matériau hautement

poreux de très faible densité, un aérogel.

Prêt pour les particulesles plus fines: unréacteur sol/gel.

21

Les aérogels

Les aérogels sont des objets de tous les jours

connus depuis longtemps des pâtissiers sous la

forme de la meringue. La meringue se compose

de blanc d’œuf monté en neige, sucré et cuit. Quand

vous en tenez en main, vous sentez immédiatement

vos doigts se réchauffer. Ce phénomène s’explique par

le fait que l’air contenu dans la meringue est coincé

dans des millions de bulles microscopiques. Il ne peut

donc circuler et échanger sa chaleur, faisant ainsi de

la meringue un excellent isolant thermique, comme

le polystyrène. Les aérogels de verre moussé conçus

sur le même modèle sont également des isolants

thermiques de premier choix.

Le blanc d’œuf est incolore, mais la meringue est

blanche. C’est le fruit de la compartimentation du

blanc d’œuf monté en neige dans des bulles de

quelques microns de diamètre. Dans des structures

aussi fines, la lumière est réfractée dans toutes les

couleurs de l’arc-en-ciel, mais le résultat global est

blanc. Les pores nanométriques ne réfractent plus la

lumière. Le verre moussé présentant de tels pores est

presque aussi clair et transparent que du verre

normal. Le double vitrage rempli de tels produits

moussés assure une excellente isolation thermique.

Ces mousses se composant presque exclusivement

d’air, elles sont baptisées «aérogels». Le terme «gel»

provient du processus de production: un catalyseur

est ajouté à la solution aqueuse d’un matériau adapté,

ce qui crée de petites cavités aux fines parois qui se

rassemblent pour former des chaînes et ensuite des

groupes de chaînes, un gel. En séchant, le gel devient

un aérogel hyper-léger.

L’aérogel le plus répandu était celui utilisé dans

l’analyseur de poussières CIDA de la société Hoerner &

Sulger GmbH, qui préleva en janvier 2004, après un

voyage de cinq ans et de 2,3 milliards de kilomètres,

des poussières de la comète Wild 2.

Un matériau parsemé d’un grand nombre de bulles

possède une grande surface intérieure. La plus grande

surface intérieure possible, c’est-à-dire infinie, est

celle de l’éponge de Menger, ce qui réduit son volume

à zéro. L’éponge n’existe que dans l’esprit des

mathématiciens. La surface intérieure réelle des

aérogels est toutefois suffisamment grande pour

produire des effets stupéfiants. Un bout d’aérogel de

la taille d’un morceau de sucre et constitué d’un

matériau carboné peut présenter une surface

intérieure de 2 000 mètres carrés. Cette propriété et

d’autres assurent aux aérogels de carbone une place

de choix parmi les technologies énergétiques de

l’avenir. Ils peuvent servir à fabriquer des

condensateurs d’une capacité maximale de

2 500 farads, lesquels font office d’accumulateurs

d’énergie pour les exigences liées à la puissance de

crête, notamment celles des voitures électriques.

Cette mousse étonnante permettra également de

concevoir de meilleures batteries au lithium, de

nouveaux types de piles à combustible, etc. Rarement

un matériau d’une substance si réduite a affiché un

potentiel aussi diversifié. C’est typique de la

nanotechnologie…

Un double vitrage rempli d’aérogel réduit les pertes de chaleur.

L’aérogel, un attrape-poussière scientifique: lesparticules sontemprisonnées dans uncomposé aérogel fondu.

La comète Wild 2 a étévisitée par un aérogel.

Les mathématiciensutilisent l’éponge deMenger comme «courbeuniverselle». Celle-ci secréé lorsque la procéduredécrite ci-dessous estrépétée à l’infini.

22

La nanotechnologie au service de la sociétéLe monde mis en réseau: la nanoélectronique

De l’ordinateur portable dans un studio aux studios sur un ordinateur portable:l’état d’avancement de la technique

l’engin devant le microphone. Tout est encodé dans le

programme et réparti sur différentes pistes. L’avion

vole de gauche à droite, ce qui peut être simulé à

l’aide de courbes panoramiques. Le bruit du moteur

enfle ou s’estompe, ce que les courbes de volume

peuvent ajuster. Puis, on entend Orville Wright

survoler avec aisance les collines de Kill Devil dans

«Flyer One», exactement comme il le fit le

17 décembre 1903, avec le bruit du ressac et le

sifflement du vent dans les oyats. Tout cela sur un

ordinateur portable... D’autres pionniers de l’aviation,

comme l’Allemand Gustav Weisskopf, avaient déjà

pétaradé dans les airs dès 1901, mais ne purent

assurer la praticabilité de leurs inventions.

Il y a vingt ans, cette mission aurait été impossible

pour une seule personne et aurait mobilisé des tonnes

de matériel; aujourd’hui, tout ce qu’il faut, c’est un

ordinateur portable, une petite table et quelques

heures devant soi. Le contenu de l’Encyclopaedia a été

porté sur un DVD qui remplace les trente tomes de la

version papier et permet une recherche rapide

incomparablement plus confortable. Le programme

de sonorisation prend lui aussi une forme

immatérielle sur le disque dur et offre une palette

d’effets infinie. Le développement de l’informatique

moderne a enclenché un mouvement de

dématérialisation, lequel débouchera à son tour sur

une réduction de la consommation d’énergie.

La baisse des prix du matériel et des logiciels a mis du

matériel de production étonnant entre les mains de

personnes créatives, qui n’ont désormais plus besoin

de ressources financières énormes.

À l’avenir, les bibliothèques portées au poignet

n’auront plus rien d’anormal, pas plus que la

communication mobile interactive.

Mission: faire quatre minutes et demie de

radio sur le premier vol motorisé des frères

Wright, accompagnées d’une petite

ambiance. Armé de son ordinateur

portable, que fera le journaliste pour

peu qu’il aime son métier? Tout

d’abord, il jettera un coup d’œil à

l’endroit où cela s’est passé. Le globe

virtuel montre que Kittyhawk se

trouve sur une bande de terre de

quelques kilomètres de large le long

des côtes de l’Atlantique nord et

bordée par les collines de Kill Devil.

Les frères Wright auraient donc pu

entendre le grondement des vagues. Ce son peut

être retrouvé dans les archives, de même que la forte

brise qui soufflait le jour du premier vol – comme le

décrit l’Encyclopaedia Britannica – ou le bruissement

de l’herbe sur les dunes. Le moteur tournait à une

vitesse de 1 200 tpm, et les archives sonores

proposent un Chrysler d’époque émettant un

bourdonnement agréable et profond. Le

spectroscope du programme de sonorisation affiche

des fréquences plausibles. Jusque là, tout va bien. Le

premier vol motorisé a duré douze secondes; on

sélectionne donc un extrait où le son diminue à la

fin – effet Doppler oblige – du fait du passage de

Go Nano! Les années à venir

La technologie des transistors utilisée de nos

jours dans les processeurs pour ordinateurs est

baptisée CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor, semiconducteur à métal-oxyde

complémentaire) et a été mise au point, entre autres

choses, pour les premières montres électroniques

parce qu’elle consommait moins que ses devancières.

Depuis les années 1970, les experts répètent que le

développement de technologie atteindra ses limites

dans dix ou quinze ans. Cette fois, l’industrie

électronique a une bonne raison d’anticiper une

rupture avec la tradition constituée par la

miniaturisation continue de ses composants: sur la

voie du microcosme, les éléments de la matière, c’est-

à-dire sa structure atomique, deviennent

progressivement visualisables. Les carapaces

électroniques des atomes sont toutefois les plus petits

composants qui peuvent être assemblés dans des

conditions normales pour former des structures

techniques. Une limite fondamentale est donc en vue.

Un conducteur ne peut pas être plus petit qu’un

atome.

La technologie CMOS a longtemps été soumise à des

limites parfois très curieuses. Les circuits reliant les

transistors d’une puce sont déjà tellement fins que les

atomes d’aluminium seraient instables dans une telle

application. Ils seraient simplement emportés par le

flux électronique comme du gravier dans une rivière.

Le terme spécialisé qui désigne ce phénomène est

l’«électro-migration». La réponse au problème?

Les circuits en cuivre, qui sont de meilleurs

conducteurs et accélèrent ainsi le flux de signaux sur

une puce. Les circuits ont aujourd’hui été rapprochés

au point de créer une capacité détectable, comme

dans un condensateur. Si cet effet n’était pas pris en

considération lors de la conception des puces, celles-ci

pourraient être mal synchronisées.

Certains composants des transistors des puces sont

progressivement réduits à une taille inférieure à

20 nanomètres. Cela relève de la théorie quantique,

où l’effet tunnel entre en ligne de compte: des

courants commencent à circuler dans des transistors

plus grands, dans lesquels il ne devrait pas y avoir de

courant. Le système des passerelles électroniques a des

fuites! Bien que ces courants soient minuscules, ils

s’additionnent en présence de millions de transistors

et finissent par entraîner des pertes considérables et

par chauffer le processeur. Ces charges incontrôlées

provoquent des erreurs logiques qui peuvent être

fatales.

Dans le cas des structures très fines, on commence à

pouvoir visualiser les propriétés ondulatoires de

l’électron, comme les décrit la théorie quantique.

De nombreux scientifiques voient toutefois dans cette

situation une bonne opportunité de mettre au point

un type d’électronique totalement nouveau, qui

pourrait produire un ordinateur quantique capable

d’explorer un univers mathématique entièrement

différent.

Un studio de télévision suffisammentpetit pour tenir sur un ongle: une pucemultimédia équipée d’un contrôleur pourun affichage à haute résolution,consommant autant qu’une lampe depoche.

Un processeur AMD 64bits pour les applicationsPC, contenant 106 mil-lions de transistors etutilisant une technologieà 130 nm.

23

24

La loi de Moore atteint ses limites

Dés 1965, Gordon Moore,

cofondateur de la

société Intel, réalisa

que la capacité des micropuces

doublait tous les 18 mois

environ. Cette «loi» est

aujourd’hui remise en question

par un problème très humain.

Alors que la croissance annuelle

du nombre de transistors

présents sur une puce atteint

presque 50%, les analystes se

plaignent que la

l’accroissement de la

productivité liée à la

conception des puces se limite

à 20% par an. L’industrie a tenté

d’inverser cette tendance en

augmentant la taille des

équipes de concepteurs: aujourd’hui composées de

250 à 300 personnes, elles ont atteint un niveau qui

n’est plus gérable.

Cette croissance illimitée est en contradiction avec la

deuxième loi de Moore, qui stipule que la réduction

de la taille des structures va de pair avec

l’augmentation du prix des installations de

production. Avant que ces restrictions limitent

fortement le développement, la nanotechnologie

continuera à jouer un rôle important dans le secteur

de la nanoélectronique.

La n

ano

tech

no

logi

eau

ser

vice

de

la s

oci

été

En fait, les processeurs actuels sont déjà fabriqués au

moyen de structures de moins de 100 nm et comptent

plus de 100 millions de transistors. À en croire la

feuille de route de l’industrie des semiconducteurs,

dont les prévisions s’appuient essentiellement sur des

évolutions techniques réalistes, on atteindra dans

quelques années (2010) des structures de 45 nm dotées

de plus d’un milliard de transistors par puce.

Cette évolution ouvrira de nouvelles perspectives dont

on ne peut encore que rêver aujourd’hui.

Des atomes de manganèsesur de l’argent àl’université Christian-Albrechts de Kiel. Lesélectrons enfermés par lacage d’atomes demanganèse forment desmodèles de distribution quidépendent de la tensionappliquée. Des effetscomme celui-ci serontimportants pourl’électronique de demain.

Le monde mis en réseau: la nanoélectronique

Un îlot de siliciumsur un cristal de

silicium se dissoutprogressivement à

une températurede 450 degrés. Laconnaissance de

tels processus estprimordiale pour

la qualité des finescouches.

25

La mémoire vive à changement de phase

Les mémoires actuelles de stockage de données

sont fondées sur diverses technologies qui ont

leurs avantages et leurs inconvénients. Alors que

les lecteurs de disque dur magnétomécaniques

(utilisés dans les ordinateurs de bureau) possèdent

une densité de mémoire très élevée et accumulent les

données sans nécessiter une source de courant

électrique constante, ils sont très lents. Par contre, la

DRAM (Dynamic Random Access Memory, mémoire vive

dynamique) est rapide mais les données doivent être

constamment «rafraîchies» par des impulsions

électriques. La mémoire Flash, que l’on rencontre par

exemple dans les lecteurs MP3, les téléphones mobiles

et les appareils photo numériques, conserve les

données sans avoir besoin d’une alimentation

constante, mais n’est pas aussi rapide que la DRAM et

ne peut être utilisée qu’environ un million de fois.

Les futurs concepts d’enregistrement

nanotechnologiques, qui devraient combiner les

avantages précités – densité de mémoire élevée,

vitesse, rétention de données sans alimentation

constante et longévité – sont à ce jour la MRAM

(Magnetic Random Access Memory, mémoire vive

magnétique) et la mémoire vive à changement de

phase décrite ci-dessous.

La matière solide peut se présenter sous deux formes

extrêmes: cristalline, où les atomes sont bien alignés

comme des sapins dans une plantation forestière, ou

amorphe, où ils sont agencés n’importe comment.

Parmi les solides amorphes ordinaires, on trouve

certains types de verre, comme le verre de quartz;

la même substance, le dioxyde de silicium, est

également utilisée dans le commerce de minéraux

sous une forme cristalline comme le cristal de roche.

Qu’ils soient cristallins ou amorphes, ces deux états

de la matière feront encore souvent parler d’eux à

l’avenir car ils définiront probablement la mémoire

de masse de demain. Certains solides passent même

plus ou moins docilement de l’état amorphe à l’état

cristallin et vice versa; ce changement de phase,

atteint généralement sous l’effet de la chaleur, trouve

de larges applications dans les moyens

d’enregistrement optiques. Par exemple, lors de la

gravure d’un DVD réinscriptible, un revêtement

spécial du DVD voit sa phase passer localement de

l’état cristallin à l’état amorphe sous l’effet

thermique de l’impulsion laser, modifiant ainsi ses

propriétés de réflexion, de manière à accepter

l’écriture d’un profil binaire. Une exposition plus

longue et plus forte au laser ramène les zones

amorphes à l’état cristallin, ce qui permet de

réenregistrer le DVD.

Selon toute probabilité, les matériaux à changement

de phase ont une longue carrière devant eux dans les

mémoires électroniques, ou mémoires vives à

changement de phase. Ici, le changement de phase ne

sera pas induit optiquement mais électroniquement.

De brèves impulsions de courant rendent le matériau

amorphe avec une résistance électrique élevée; des

impulsions plus longues le ramènent à l’état

cristallin avec une résistance moindre. La résistance

des éléments de mémoire est importante pour la

lecture des informations.

Avec la mémoire vive à changement de phase, il

devrait être possible d’atteindre des densités de

stockage permettant l’enregistrement d’un térabit sur

une surface de la taille d’un timbre-poste, soit dix

heures de données vidéo non comprimées d’une

qualité irréprochable. Les carnets électroniques

utilisant cette technologie redémarreraient

simplement là où leur propriétaire s’est arrêté, sans

qu’il soit besoin de les relancer.

À droite: les couches desordinateurs servant austockage de bits peuventpasser de l’état amorpheà l’état cristallin grâce àdes impulsions de courantet de chaleur dedifférentes longueurs.Ce modèle breveté de l’IHTde la RWTH d’Aix-la-Chapelle permet decoupler mémoire rapideet faible consommationd’énergie.

À gauche: la trame d’uncomposant de mémoirevive à changement dephase.

26

Le monde en trois dimensions:les puces gagnent en hauteur

Les gratte-ciel ont une solution économique de

choix pour le marché immobilier exigu de

Manhattan quand il a fallu créer de nouveaux

bureaux et logements. Les concepteurs de puces ont

évidemment pensé très tôt à la troisième dimension,

mais ces efforts n’ont débouché sur rien à cause de

toute une série de problèmes.

La société Infineon AG of Munich a peut-être ouvert la

voie vers cette troisième dimension, parvenant à

placer des nanotubes de carbone (CNT) sur les

tranches, les plaques de silicium polies sur lesquelles

les puces sont installées. Les nanotubes de carbone

sont des conducteurs de premier choix et entraînent

de ce fait peu de pertes de chaleur et peuvent être

utilisés comme connexions (VIA) – permettant

également de gérer le stress mécanique – entre les

différents niveaux de connexion d’une puce. À long

terme, les chercheurs d’Infineon estiment possible de

mettre au point une véritable technologie 3D pour les

puces à l’aide des CNT, en particulier parce que ceux-

ci, en leur qualité d’excellents conducteurs de

chaleur, pourraient aussi diffuser la chaleur depuis

l’intérieur

Le monde mis en réseau: la nanoélectronique

Art moderne: desstructures expérimentalesde mémoire vivespintronique.

Croissance spécifique denanotubes de carbone àdes endroits prédéfinis

d’une tranche de siliciumpar le biais d’un

processus compatible avecla microélectronique.

10 µm

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La spintronique: jouer avec le spin des électrons

Les composants spintroniques pourraient initier une

véritable révolution pérennisant la loi de Moore.

Outre les propriétés électriques de l’électron, ils

utilisent également leurs caractéristiques

magnétiques, leur spin. Le spin de l’électron se

manifeste comme une inertie magnétique très courte

qui réagit de manière complexe avec d’autres

conditions magnétiques et peut de ce fait servir à des

fonctions électroniques. Une application de la

«spintronique», ou magnéto-électronique, a déjà fait

son chemin dans la vie de tous les jours: les nouveaux

disques durs possèdent des têtes de lecture mobiles à

diode laser à fines couches qui découvrent, sur la base

de l’énorme résistance magnétique, de minuscules

domaines magnétiques, permettant ainsi des densités

de stockage très élevées.

Dans les MRAM, les puces à mémoire magnétique,

l’information est enregistrée dans le spin des couches

magnétiques. Ce développement revêt un grand

intérêt pour la mémoire principale non volatile et

pourrait à long terme déboucher sur le remplacement

des disques durs exploités mécaniquement.

Plusieurs instituts, dont l’université de Würzburg,

considèrent la spintronique comme la technologie

idéale pour un ordinateur quantique.

La complexité d’une villeminiature: les circuits decuivre gravés d’une puce(IBM) vus au microscope àbalayage électronique. Lespuces modernes possèdentjusqu’à neuf niveaux decircuits.

Des exercices de doigtépour l'ordinateur quan-tique: l'« interféromètred'Aharonov-Bohm », mis aupoint à l'université de laRuhr de Bochum, estéquipé d'un microscope àbalayage de force.

Les câbles quantiquescouplés en tunnel: lesélectrons circulent dansdes passages qui seraientbloqués d’après la théorieclassique. Les expériencesnanotechnologiquescommencent à supplanterla théorie.

Des molécules organiques indivi-duelles sur du silicium. Image obte-nue au microscope à effet tunnel,université de la Ruhr, Bochum.

Des effets nouveaux pourdes disques durs puissants:la tête de lecture exploitel’énorme résistancemagnétique à l’aide d’unélément semiconducteur deplus de vingt couchesnanométriques.

La sonde magnétique d’un microscope à effettunnel à polarisation de spin balaie les propriétésmagnétiques des atomes.

28

La nanotechnologie au quotidien de demain

Si la nanotechnologie vient à faire partie de la

vie de tous les jours, rien ne devrait changer

radicalement de l’extérieur. Les gens aimeront

toujours s’asseoir aux terrasses de cafés, peut-être

même plus qu’avant parce que le bruit des moteurs

à explosion aura été remplacé par un

bourdonnement discret et un frémissement comme

celui des portes à cloison dans Star Trek. L’odeur de

l’essence aura cédé la place à l’odeur passagère, à

peine détectable, du méthanol utilisé dans les piles

à combustible. Le service sera très rapide, le menu

électronique ayant automatisé la cuisine. Il sera

possible de payer son addition en passant

simplement une carte de paiement sur le symbole

«euro» imprimé au coin du menu. Les pourboires

seront toujours versés en liquide parce que le bruit

des pièces est agréable, mais celles-ci seront

recouvertes de nanoparticules à fonction

antibactérienne. Les fenêtres du café seront très

coûteuses parce qu’elles assumeront de nombreuses

fonctions – ce qui les rendra finalement à nouveau

bon marché: elles résistent à la saleté et aux

griffures, foncent automatiquement quand la

lumière est trop claire, transforment la lumière en

électricité et s’allument comme un grand écran

quand c’est nécessaire. Autrement dit, les

supporters se rassembleront toujours devant un

verre pour regarder la Coupe du monde!

La nanoélectronique à maturité offre la perspective

d’appareils d’une élégance chatoyante, comme les

assistants personnels numériques de la taille d’une

carte de crédit. Ce n’est pas qu’il soit impossible de

les faire plus petits, mais ils doivent rester

suffisamment grands pour être tenus en main.

L’objet pourrait être un monolithe noir mat sans

structures reconnaissables, la surface noire

collectant la lumière solaire et la transformant en

électricité; il résisterait aux griffes et serait

recouvert d’une très fine couche de diamant, sous

laquelle se trouverait une couche en

piézocéramique convertissant le son en électricité

et vice versa afin de permettre la communication

Verre thermochromique pourréguler l’influx lumineux

Peinture à nanoparticules des-tinée à prévenir la corrosion

Le casque maintient lecontact avec celui qui le porte

Les vêtements intelligentsmesurent le pouls et la

respiration

Le cadre Bucky est aussi léger qu’une plume tout en

étant solide

Articulations de la hanche enmatériaux biocompatibles

Les tapis piézo préviennent lesvibrations dérangeantes

Les piles à combustible fournissent du courantpour les téléphones mobiles et les véhicules

Couches magnétiques pourmémoire de données compacte

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Le clavier virtuel: lesystème reconnaît etinterprète le simple faitde passer son doigt surune touche projetéecomme une pression decette touche.

Le «verre photo-chromique»:la transparence de cesverres peut êtrecommandée électroni-quement, par exemplepour la climatisation desbureaux de demain.

Les nanoparticules des nanosolutionsdeviennent fluorescentes en présence delumière ultraviolette, mais autrement,

elles sont totalement invisibles. Finementréparties dans les fluides, elles peuvent

être appliquées à la technologied’impression par jet d’encre sans changerle dessin ou la fonction de l’objet marqué.Les nanopigments sont donc idéaux pour

la protection contre les faux.

Vêtements recouverts à l’usinepour résister aux taches

Pellicule photovoltaïquetransformant la lumière enélectricité

Diodes électroluminescentesorganiques (OLED) pourécrans

Menu en cartonélectronique

Vitrines antigriffures faisantappel à l’effet lotus

Les diodes électroluminescentessont aujourd’huisuffisamment puissantes pourconcurrencer les ampoules

Nanotubes pour lesécrans des nouveauxordinateurs portables

vocale. Évidemment, il pourrait aussi transmettre

des données par voie optique et hertzienne.

L’objet pourrait également voir au moyen d’une

lentille plate et d’une puce de conversion d’images à

haute définition, s’allumerait comme un écran et

servirait de magnétophone, d’appareil photo, de

magnétoscope, de télévision, de téléphone mobile et,

via le système de navigation européen Galileo, d’aide

à l’orientation. Sur demande, il lirait, traduirait et

expliquerait le menu d’un restaurant romain,

passerait la commande dans un italien irréprochable

et paierait ensuite l’addition.

Il pourrait aussi reconnaître la voix et les empreintes

digitales des personnes autorisées à l’utiliser, se

protégeant ainsi tout seul contre les abus.

30

La mobilité

La nanotechnologie dans la voiture

Les pare-brise peuvent être traités contre les

griffures à l’aide d’enduits faisant appel aux

techniques sol/gel contenant des nanoparticules

dures et rester totalement transparents, les

nanoparticules étant tellement petites qu’elles ne

diffusent pas la lumière. Le principe fonctionne déjà

pour les verres, mais il est encore perfectible. Le vernis

de la voiture pourrait présenter une structure en

feuille de lotus qui empêche la saleté de se poser.

Les pare-brises recouverts d’enduits à

nanoparticules pourraient aussi servir à

la climatisation de l’habitacle en

reflétant plus ou moins la lumière et la

chaleur, le tout sous commande

électronique. Appliquée aux bureaux,

cette technologie permettrait

d’économiser de grandes quantités

d’énergie.

Aujourd’hui, l’éclairage nécessaire à une voiture est

déjà produit dans une large mesure à l’aide de la

nanotechnologie: comme toutes les diodes

électroluminescentes, celles des freins sont équipées

de systèmes de recouvrement nanométriques

sophistiqués qui transforment très efficacement

l’électricité en lumière. Autre avantage, les diodes

convertissent l’électricité en lumière visible presque

immédiatement, tandis que les lampes de freins

conventionnelles ont besoin de plus de temps.

La différence peut se chiffrer en mètres en cas de

freinage. La luminosité des diodes est aujourd’hui

tellement élevée que des groupes de diodes peuvent

servir à l’éclairage tamisé des phares pendant la

journée.

Dans la voiture comme dans d’autres machines, lananotechnologie remplacera également la quantitépar la qualité. L’intérêt de la technologie résidedans le fait que l’on peut s’en sortir avec moinsde matières parce que cette technologie s’estréconciliée avec la nature.

Les diodes des signaux lumineux vous épargnent le temps et l’énergienécessaires à l’entretien. Leur amortissement ne dépasse pas un an.

De petites structurespour une image plus

grande: les structuresnoppées permettent

d’éviter les reflets surles écrans et les vitres

des voitures. La nature a donné

l’exemple avec l’œil duphalène, qui doit voir le

plus possible la nuitsans être vu lui-même.

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Les vernis pour voitures pourraient également être

conçus nanotechnologiquement comme une pile

solaire, option qui n’a pas encore été développée. Ce

courant pourrait servir à recharger la batterie quand

le véhicule est garé – une option déjà disponible avec

des piles solaires conventionnelles – ou à refroidir

l’habitacle à l’aide d’une pompe d’extraction de

chaleur. Cette pompe pourrait elle aussi consister en

Les systèmes de sécurité électroniques actuels comme le sys-tème d’antiblocage des freins (ABS) ou les dispositifs élec-troniques de stabilité programmés (ESP) entrent en actiondans des situations de conduite critiques; les systèmes dedemain pourront éviter les dangers automatiquement.

Organes d’équilibre en silicium: le capteur de taux derotation assure la stabilisation du véhicule.

À droite: l’électronique au servicede la sécurité en voiture. Un capteur d’accélération pourcoussin gonflable de sécurité avant.

Injecteur de carburant pour véhicules diesel: lesfuturs systèmes seront équipés de couches deprotection similaires au diamant d’à peinequelques dixièmes de nanomètre d’épaisseur.

un système nanotechnologique semiconducteur sans

pièces amovibles. Si on fait l’inverse, c’est-à-dire si on

détourne la chaleur perdue d’un moteur à explosion

via un semiconducteur, on peut la retransformer en

électricité. Voir également la section

«Thermoélectricité» du chapitre «L’énergie et

l’environnement».

31

Les diodes blanchessont si puissantesqu’elles pourront êtreutilisées pour lesphares.

Les piles à combustible (voir p. 33)transformeront la voiture en moyen detransport entièrement non polluant.Si le carburant d’hydrogène peutégalement être produit à partir desources d’énergie renouvelables, cettesource de courant sera extrêmementrespectueuse de l’environnement.

32

Les catalyseurs en or

La nanotechnologie peut également ouvrir de

nouvelles voies à l’or. Alors que l’or «ordinaire»

est de loin surpassé par le platine en tant que

catalyseur, les nanoparticules d’or posées sur un

matériau porteur poreux donnent un catalyseur

pratique pour les voitures qui, même en cas de

démarrage à froid, décomposent les oxydes d’azote et

le monoxyde de carbone en substances inoffensives.

Les nanoparticules d’or constituent des options

prometteuses pour les nouveaux catalyseurs pour

piles à combustible.

Toutes ces avancées profiteront évidemment aux

moyens de transport qui n’ont rien à voir avec la

voiture. Les vélos, par exemple, tireront profit de la

nanotechnologie, en particulier avec les piles à

combustible et piles solaires, devenant une machine

en «mouvement perpétuel» capable de parcourir les

routes en n’étant alimentée que par la lumière, l’air

et l’eau, et aussi légère qu’une plume grâce à son

cadre en nanofibre de carbone, ses diodes, etc.

De l’or pour prévenir les odeurs

Les catalyseurs à nanoparticules d’or sont

actuellement à l’essai en tant que dispositifs de

prévention des odeurs. Dans les petits systèmes

de climatisation comme ceux des voitures, ils peuvent

empêcher l’apparition d’odeurs créées par des

bactéries. Au Japon, on s’en sert déjà dans les toilettes.

La nanotechnologie dans les stations-service

Les conducteurs peuvent déjà rencontrer la

technologie des microsystèmes dans les stations-

service des autoroutes. Les urinoirs des toilettes

de pointe sont équipés de capteurs qui signalent toute

augmentation de température à l’électronique

embarquée, ce qui déclenche la chasse d’eau.

Le courant électrique nécessaire est fourni par une

mini-turbine actionnée par le mouvement de l’eau de

la chasse. Au contraire des systèmes à capteurs à

infrarouges, ce système ne peut être mis hors service

par un chewing gum.

Les urinoirs nanotechnologiques fonctionnent d’une

manière beaucoup plus simple mais plus

sophistiquée: grâce à l’effet lotus de la paroi, les

fluides s’écoulent facilement, percolent à travers une

couche de prévention des odeurs et disparaissent sans

laisser de traces. Cela reste toutefois à prouver dans la

pratique. Cette technologie convient évidemment

aussi aux ménages.

Des capsules de parfumnanométriques confèrent

au cuir l’aspect idéal.

Des nanoparticules d’or pour les nouveauxcatalyseurs.

Un urinoir de zone deservice recourant à la

technologie desmicrosystèmes contre levandalisme. Les enduitsnanométriques à «effet

lotus» faciliterontl’entretien et le nettoyage.

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La pile à combustible, un dispositif aux applications infinies

Les piles à combustible sont semblables aux

batteries: elles fournissent de

l’électricité. Cependant, si les

ingrédients chimiques d’une batterie

sont épuisés tôt ou tard, le matériau

riche en énergie réapprovisionne

continuellement la pile à

combustible. Ce matériau peut être

de l’hydrogène pur ou un autre gaz

ou fluide contenant de

l’hydrogène, comme le gaz

naturel ou l’huile de colza.

Dans ces deux derniers

cas, l’hydrogène doit être

séparé dans un

«reformeur» avant de

pouvoir être utilisé dans une pile

à combustible. Quand l’hydrogène

et l’oxygène se combinent, les

électrons sont transférés de

l’hydrogène vers l’oxygène. Dans

une pile à combustible, ces

électrons sont déviés vers un

circuit extérieur qui peut ensuite

actionner un moteur ou un autre

engin. Le produit de la réaction

n’est rien d’autre que de l’eau

pure.

Les piles à combustible fonctionnent à un niveau

d’efficacité élevé qui, selon le type de pile, est

également indépendant de la taille. Elles sont

produites dans de nombreuses variantes. La

nanotechnologie peut grandement contribuer à cette

technique, notamment par les pellicules céramiques,

les surfaces à nanotexture ou les catalyseurs à

nanoparticules.

Ces dernières années, entre six et huit milliards de

dollars ont été affectés au développement

de la technologie des piles à combustible

dans le monde, et il ne fait aucun doute

que cette technologie offrira de

nombreux résultats. Ces fournisseurs

d’électricité silencieux se présentent

sous toutes les tailles, du timbre-poste

au conteneur, et ne seront pas utilisés

seulement dans les voitures. Pour les

petits consommateurs, un mélange

ininflammable méthanol/eau

pourrait servir de source

d’hydrogène, et le plein

serait fait au

supermarché.

La pile à combustible aidera le

moteur électrique à recouvrer son

leadership parmi tous les meilleurs

moteurs envisageables (la première

voiture électrique a vu le jour à

Paris en 1881). Le moteur électrique

est le seul à tourner à un

rendement de plus de 90% et à pouvoir

servir en même temps de générateur. Il

convertit également l’énergie cinétique en

énergie électrique, comme lors du freinage

d’une voiture. Les matériaux magnétiques

de premier plan des nouveaux moteurs et

générateurs électriques sont évidemment

composés de nanocristaux.

Grâce à leurnanoporosité, les“nanocubes” métalliquesde BASF peuvent stockerde grandes quantitésd’hydrogène.

Les piles à combustibleseront égalementutilisées au niveaudomestique, fournissantde l’électricité et de lachaleur en même temps.

34

d’apatite et de protéines, le matériau naturel des

dents, qui les aident à retrouver leur condition

normale (voir également «La biominéralisation»).

La crème de jour (elle aussi déjà disponible en

magasin) contient des nanoparticules d’oxyde de zinc

protégeant contre les rayons UV nocifs. Les

nanoparticules sont complètement invisibles, et la

crème n’est pas blanche mais transparente.

Des espions sur le bout des doigts

Avec la nanotechnologie, la nanoélectronique et

la technologie des microsystèmes, des

équipements d’analyse complexes seront

commercialisés à un prix abordable pour les ménages.

Une petite piqûre dans le doigt suffira aux analyses

sanguines de demain. Le taux de cholestérol est-il

bon? Le taux de glycémie est-il dans la fourchette

normale? Les résultats pourront être envoyés par

courriel vers le centre nanomédical le plus proche, où

une analyse plus pointue pourra être réalisée ou un

traitement individualisé mis au point par des

microréacteurs. Dans le corps, les médicaments

transporteront des nanoparticules enduites de façon à

n’agir que sur la cause de la maladie. C’est la

médication réglée jusqu’au moindre détail. Les

médecins suivent ces développements avec le plus

grand intérêt.

Ou un capteur à l’extérieur, qui détecte toute

carence en calcium ou autre dans les doigts

qui tiennent l’emballage, carence qui pourrait

être comblée par des «aliments fonctionnels».

Ou encore un fromage de chèvre classique. L’étiquette

à OLED (diode électroluminescente organique) de

l’emballage recommanderait le bon fromage.

Le miroir de la salle de bain est équipé de

nanoélectronique, donne à l’utilisateur des

informations à la demande et émet quelques réserves

à propos du jus d’orange, parce que ce dernier

contient du sucre et que le sucre participe à la

formation de caries. Une fois de plus, la

nanotechnologie entre en jeu: le dentifrice (déjà

disponible en magasin) contient des nanoparticules

Un petit déjeuner lourd de conséquences en 2020

Il y a encore du café? Bien sûr. Et du jus d’orange? Évidemment, mais ilpourrait y avoir quelque chose de très spécial dans l’emballage, commeune «langue électronique» à l’intérieur, qui goûte le jus pour s’assurerqu’il est toujours bon.

En haut à gauche: les films recouverts de

nanoparticules conserventplus longtemps la

fraîcheur des aliments.

En haut à droite: un emballage intelligent

équipé d’une puce àtranspondeur à base

polymérique.

L’environnementintelligent: le miroir

équipé denanoélectronique donne

des leçons de brossagedes dents.

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Les capsules supramoléculaires

Les traitements administrés peuvent eux aussi

être extrêmement sophistiqués. Ils seraient

transportés dans des molécules creuses

supramoléculaires (en développement), des

conteneurs nanométriques équipés d’antennes

auxquelles sont attachés des anticorps ou des

protéines sensorielles similaires. Quand elles entrent

en contact avec les structures typiques de l’agent

responsable de la maladie – par exemple, l’extérieur

des cellules cancéreuses ou les bactéries –, elles se

collent à lui et envoient un signal à la molécule

creuse, qui s’ouvre ensuite et libère son contenu. Avec

une nanotechnologie de ce type, les médicaments

pourraient être administrés à fortes doses directement

à la source de la maladie, sans imposer de tension au

reste de l’organisme.

Des particules magnétiques contre le cancer

Des astuces semblables peuvent servir à diriger

des nanoparticules magnétiques vers les

sources de cancer. Ces nanoparticules sont

ensuite chauffées par un champ électromagnétique

alternatif et peuvent alors détruire la tumeur. Les

nanoparticules sont également capables de traverser

le filtre de la «barrière sang-cerveau» et être ainsi

utilisées pour lutter contre les tumeurs au cerveau.

Cette thérapie, appelée «hypothermie par fluide

magnétique», a été mise au point par un groupe de

travail dirigé par le biologiste Andreas Jordan. Les

essais cliniques sont en cours.

Des tourniquets sur une puce

La technologie des microsystèmes et la

nanotechnologie – la frontière entre les deux est

élastique – feront leur chemin dans le secteur

médical, ne serait-ce que dans la mesure où elles

miniaturisent les techniques existantes et les rendent

ainsi moins chères, parfois dans un rapport de un à

cent mille. Ce sera notamment le cas des machines

complexes qui peuvent contrôler des millions de

cellules, comme les cellules du sang, à une vitesse de

plusieurs milliers par seconde, et les trier à l’état

vivant.

Le diagnostic de demain:les méthodes de plus enplus coûteuses resterontabordables grâce à lananotechnologie.

Des cellules cancéreusesd’un glioblastome sesont gorgées denanoparticules demagnétite spécialementenduites jusqu’à lalimite du tissu sain. Siles particules sontmaintenant chaufféespar un champélectromagnétique, latumeur pourra êtresoumise à un traitementultérieur. Le mondemédical devraitapprouver cettetechnique d’ici 2005.

36

Petit mais sophistiqué: le“laboratoire sur puce”, unlaboratoire qui tient sur le

bout du doigt.

Les poudres à nanoparticulespeuvent être utilisées pour des

produits céramiques fiables,frittés, comme ceux destinés

aux implants.

Ce processus pourrait se dérouler comme suit: des

anticorps sont ajoutés au sang, qui s’accrochent aux

cellules qui les intéressent – et uniquement à celles-ci

– et transportent un colorant qui s’illumine ou

devient fluorescent en présence de lumière laser.

Dans le trieur de cellules, les cellules, enrobées dans

des gouttelettes, seraient dirigées au-delà de ce laser;

quand un signal fluorescent est détecté, des champs

électriques dirigent la gouttelette et la cellule dans un

récipient de collecte, une technique partiellement

empruntée à l’imprimante à jet d’encre.

Les trieurs de cellules sont des appareils très

sophistiqués, qui combinent la micromécanique,

l’optique et l’électronique la plus pointue; leur prix

est donc à l’avenant. La nanotechnologie réduira ces

trieurs de cellules en forme de tourniquets à la taille

d’un timbre-poste, voire en fera des produits jetables.

Cette évolution accélérera considérablement le

progrès médical.

Une nanotechnologie encore plus pointue est prévue

pour le laboratoire sur puce. D’après des concepteurs

faisant autorité, ces laboratoires contiendront des

millions de nanodispositifs qui travailleront de

manière coordonnée pour réaliser leurs tâches. Les

puces feront quelques centimètres carrés, une taille

gigantesque par rapport aux nanomachines qu’elles

hébergeront. Cela s’explique par le fait que les fluides

doivent circuler entre ces nanomachines. Dans le

nanocosmos, ces fluides deviennent visqueux comme

du miel et ont besoin de plus de place pour s’écouler.

Si les scientifiques parviennent à l’avenir à utiliser le

nanolaboratoire pour suivre étape par étape ce qui se

produit dans les cellules, les laboratoires sur puce

révolutionneront la biologie. Cela permettrait la mise

au point d’une vidéo d’un nouveau genre: une vidéo

de la vie. Les scientifiques ne se contenteront pas

d’observer les cellules; ils voudront les titiller pour

voir comment elles réagissent, décodant ainsi le

mystère de la vie.

La neuroprosthétique

Une application extrêmement exigeante de la

technologie des microsystèmes et de la

nanotechnologie est actuellement en phase

d’essai: l’implant rétinien à capacité d’adaptation.

Cet implant vise à restaurer une vision partielle en cas

de cécité due à la retinitis pigmentosa.

Un implant rétinien.

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Le vêtement intelligent:l’électronique intégrée litdes fichiers musicauxMP3, indique le cheminen ville et contrôle lepouls.

Des robots dotés du sensde l’empathie mis aupoint à l’universitéd’Oxford. Suffisants pourgarder des canards, maison demandera beaucoupplus aux infirmièresautomatiques.

À gauche: la connexion decellules nerveuses à descontacts électriques.

À droite: des puces ensilicium sur un matériauporteur flexible, destinéesà des dispositifs commeles étiquettes intelligentessusceptibles d’êtreintégrées à desemballages d’aliments ouà des vêtements.

Le système se compose d’une petite caméra installée

dans la monture des lunettes, qui transmet des

images des environs à un processeur de signaux

spécial à capacité d’adaptation. Le processeur

transmet ces données par communication sans fil à

l’intérieur de l’œil malade. Ici, une pellicule flexible

contenant des électrodes miniaturisées en contact

avec la rétine stimule le nerf optique. Si cette

technique est couronnée de succès, ce sera la

première «interface homme-machine» du monde

appliquée à la vue. L’implant cochléaire a déjà résolu

les problèmes de nombreux sourds. Avec la

nanotechnologie, les implants de ce type pourront

être améliorés.

Les soins à domicile

Une meilleure nutrition et des soins médicaux

de plus en plus pointus permettent

aujourd’hui de vivre de plus en plus vieux.

Ce développement bienvenu entraîne toutefois

l’inconvénient naturel que de plus en plus de gens

auront besoin d’une assistance. Celle-ci pourra être

offerte en partie par la nanoélectronique.

Parmi les idées creusées, on trouve les capteurs et les

mini-ordinateurs intégrés dans les vêtements, qui

assureront le suivi de l’état de santé des personnes

âgées, en particulier de leur pouls, de leur respiration

et de leur métabolisme. En cas de problème, la

«MediVest» avertira automatiquement le médecin

traitant ou la famille. La localisation du patient serait

également relevée par un module GPS ou Galileo

intégré (Galileo est la future version européenne du

GPS).

Les infirmières automatiques

La «vieille Europe» affiche toujours une attitude

plutôt réservée vis-à-vis des assistants

mécaniques, bien qu’au au Japon, les robots

mobiles en soient presque au stade de la production

industrielle de masse. Il se pourrait que cette réalité

stimule le développement des infirmières

automatiques destinées à usage quotidien. En tout

cas, on y travaille déjà. La robotique pourra gérer sans

problème les performances sans cesse croissantes de

la nanoélectronique.

38

En Europe, près de 10% de l’énergie électrique

produite sert à l’éclairage. Les LED (diodes

électroluminescentes) peuvent désormais

produire de la lumière blanche et donc remplacer la

technologie conventionnelle. Un tel changement

déboucherait sur des économies substantielles, les

LED ne nécessitant qu’environ 50% du courant requis

par une ampoule normale à incandescence pour

donner la même quantité de lumière. Le potentiel

d’économie d’énergie est donc considérable.

Dans les ménages européens, des millions de

téléviseurs utilisent des tubes cathodiques qui seront

bientôt remplacés par la technologie LCD (liquid crystaldisplay, affichage à cristaux liquides) et, à plus long

terme, par celle des LED organique (OLED). Ces deux

technologies pourraient réduire la consommation

d’énergie de 90%. Les LED et OLED sont des produits

de la nanotechnologie. Si des millions de familles

économisent chacune quelques kilowatts, le résultat

global se chiffrera en gigawatts, soit la capacité de

plusieurs grosses centrales électriques.

Les performances des piles à combustible peuvent être

réglées rapidement. Les premières chaudières au gaz

naturel munies de piles à combustible font leur

entrée aujourd’hui dans les ménages, générant

chaleur et électricité. Quand des millions de ménages

auront été équipés de tels dispositifs, ces chaudières

pourront être interconnectées, via le réseau national

et Internet, pour former de grandes centrales

virtuelles d’une capacité théorique maximale de

plusieurs centaines de gigawatts. À long terme, le gaz

naturel pourrait également être remplacé par de

Á la différence des techniques traditionnelles, la nanotech-nologie peut associer croissance économique et moindreconsommation de matière.

La gestion commerciale à l’échelle nanométrique: une faci-lité accrue pour un coût moindre.

Les diodes électroluminescentesconstituent une véritablerévolution en termes d’efficacité.

Selon Shell AG, lananotechnologie sera unetechnologie de choix pourles énergies renouvelables.

L’énergie et l’environnementLa

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l’hydrogène produit à partir de sources renouvelables.

Avec ses nouveaux matériaux et catalyseurs, la

nanotechnologie est parée à cette évolution.

Les membranes céramiques nanoporeuses acquièrent

de plus en plus d’importance dans le traitement des

liquides et la fourniture d’eau potable propre. Elles

retiennent et éliminent simplement bactéries et virus.

La nanotechnologie fera de l’énergie solaire une

solution viable et lucrative. Les semiconducteurs

composés en indium, gallium et azote ont déjà

produit des performances qui démontrent la

faisabilité de piles solaires d’un rendement de 50%.

Mais le rendement n’est qu’un des critères; la

nanotechnologie entraînera une diminution drastique

du coût des collecteurs de lumière grâce à la

technologie des couches minces ou des particules. Les

échantillons de laboratoire de cellules solaires sur

support souple, produites selon une technique de

déposition similaire à celle utilisée pour les LED et

OLED, offrent un rendement de 100 watts pour un

poids de seulement 30 grammes. Cette extraordinaire

réduction de la quantité de matière nécessaire à la

production d’énergie a été réalisée à Leipzig par

Solarion.

Les chercheurs de Siemens prétendent avoir atteint

un rendement de 5% pour les toutes dernières cellules

solaires organiques, imprimables sur pellicule

plastique à un prix de revient dérisoire. La couche

photoactive ne fait que quelque 100 nanomètres

d’épaisseur, tandis que la longévité de ces cellules

s’élève déjà à plusieurs milliers d’heures

d’ensoleillement. Les premiers produits faisant appel

à cette technologie sont attendus sur le marché pour

2005.

Tout le spectre de lalumière blanche: lafaçade en verre d’une dessalles de l’hôtel Weggis,sur les rives du lac deLucerne, est illuminée partoutes les couleurs del’arc-en-ciel grâce à84 000 LED fournies parOsram.

Les OLED (diodesélectroluminescentesorganiques) serontutilisées dans bon nombred’écrans de demain.

40

Il existe une vaste gamme d’effets physiques avérés,

mais à peine remarqués par le public, qui ont

connu des résultats modestes dans leur secteur de

marché. Par exemple, le sac réfrigérant, qui se

branche sur le système d’alimentation du véhicule et

se refroidit vraiment bien. À l’intérieur de ce sac,

invisible, on trouve l’héritage de Jean-Charles-

Athanase Peltier, un scientifique français qui

découvrit en 1834 l’effet qui porte son nom: un flux

de courant passant par le point de contact de deux

métaux différents produit de la chaleur d’un côté et

du froid de l’autre. Treize ans plus tôt, l’Allemand

Thomas Johann Seebeck avait découvert l’effet

inverse; un flux de chaleur passant par le point de

contact de deux métaux différents génère

de l’électricité. Ces deux grands hommes

jouissent d’une nouvelle renommée grâce

à la nanotechnologie, qui permet

aujourd’hui de développer de nouveaux

matériaux, lesquels assurent à leur tour

une utilisation de ces effets à des niveaux

d’efficacité très élevés.

La production de ces matériaux implique

le même type de machine que pour les

diodes électroluminescentes.

Ces machines appliquent une couche de

cinq nanomètres de tellurure d’antimoine

sur une couche nanométrique de

tellurure de bismuth et répètent ce

processus jusqu’à ce qu’apparaisse une

pellicule semiconductrice qui aurait

La nanotechnologie redonne vie à de nombreuses idéesanciennes qui auraient disparu en raison de l’inefficacitédes matériaux disponibles. Une de ces idées porte tient à laproduction de courant thermoélectrique.

La thermoélectricité: de l’électricité provenant de lachaleur, de la chaleur provenant de l’électricité

La technologie desmicroréactions chimiques

pour la productionefficace des substances les

plus exotiques.

Un modulethermoélectriqueconventionnel: desblocs desemiconducteurstransforment un fluxde chaleur enélectricité. Lesnanostructures aidentcette technologie àatteindre des niveauxd’efficacité élevés,ouvrant ainsi denouveaux marchés.

L’énergie et l’environnementLa

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41

Des réacteurs Aixtron pour la recherche (gauche) et pour laproduction adéquate de fines couches de semiconducteursconjonctifs (droite).

suscité l’étonnement et le ravissement Messieurs

Peltier et Seebeck: quand l’électricité la traverse, un

côté devient froid et l’autre chaud.

Cette pellicule peut être structurée très finement, de

manière à pouvoir servir au refroidissement approprié

de puces ou dans un laboratoire sur puce pour

actionner de minuscules récipients de réaction dans

lesquels l’ADN est reproduit par le biais d’un rapide

changement de température. Il est même envisageable

que l’augmentation extraordinaire des niveaux

d’efficacité fasse à l’avenir des éléments Peltier la

technologie idéale pour toute l’industrie des

réfrigérants. D’autre part, les sources bon marché

d’énergie géothermique permettent de produire de

l’électricité à faible coût avec ces couches

thermoélectriques. L’Islande pourrait devenir riche en

énergie comme Crésus grâce à l’hydrogène généré par

électrolyse.

Dans l’industrie chimique, les techniques telles que

celle-ci transformeront les quantités énormes de

chaleur perdue en électricité, le tout silencieusement,

discrètement et efficacement.

La thermophotovoltaïque

La thermoélectricité n’est pas le seul moyen de

transformer élégamment la chaleur perdue en

électricité. La thermophotovoltaïque (TPV) a

recours au rayonnement thermique (invisible) – au

rayonnement infrarouge – des objets chauds.

La nanotechnologie

réside dans les structu-

res des émetteurs, qui

adaptent le spectre de

la source de chaleur à

la sensibilité spectrale

des cellules thermo-

photovoltaïques.

La lumière d’une bougiesuffit à une cellulethermophotovoltaïquepour produire assez decourant pour fairefonctionner une radio.

Des émetteurs entungstène à surfacenanostructurée pourl’adaptation du spectreinfrarouge.

42

En juin 1979, à bord du «Gossamer Albatross»,

Bryan Allen traversait la Manche, propulsé par

la simple force d’un mouvement de pédalier et

remportait le prix Kremer d’une valeur de

100 000 livres sterling. La construction poids plume

du «Gossamer Albatross», dessiné par Paul MacCready,

a été rendue possible par les nouveaux matériaux.

En 1981, un vol longue distance était réalisé

exclusivement à l’aide d’énergie solaire, mais l’engin,

le «Solar Challenger», était extrêmement fragile.

Au début des années 1990, en mémoire du

malheureux pionnier de l’aviation Albrecht Ludwig

Berblinger (le célèbre «tailleur d’Ulm»), la ville d’Ulm

organisa un concours visant à mettre au point un

aéronef pratique alimenté par de l’énergie solaire.

En juillet 1996, le planeur Icare II construit par

l’université de Stuttgart remporta le concours avec

une avance confortable.

La NASA a mis au point un substitut potentiel aux

satellites: l’aéronef solaire expérimental «Helios»,

maintenu dans les airs le jour par l’énergie solaire et

la nuit par une unité de piles à combustible

«rechargeables». Son altitude maximale s’élève à près

de 30 000 mètres.

En 2003, des spécialistes de la thermodynamique, de

l’aérodynamique, des systèmes électriques, des

matériaux composites, de la photovoltaïque, de la

transformation énergétique et de la simulation

informatique – la nanotechnologie est bien

représentée dans presque tous ces secteurs – se sont

réunis en Suisse pour débattre d’un projet visant à

faire décoller l’usage des nouvelles technologies au

profit d’un avenir respectueux de l’environnement.

Un décollage au sens littéral: vers 2009, ce projet

ambitieux devrait emmener Bertrand Piccard et Brian

Jones, qui ont réalisé le tour du monde en ballon en

1999, tout autour du globe une fois de plus, mais dans

un engin mû par la seule énergie solaire!

La sophistication continue de la technologie,qui atteint aujourd’hui l’échelle nanomé-trique, redonne vie à d’anciennes idées autre-fois irréalisables. Parmi celles-ci, on trouve leconcept du vol mû par l’énergie solaire.

Icare II, un planeur àénergie solaire, peutaccepter les mêmes

charges qu’un planeurnormal et démarrergrâce à son énergie

propre.

En haut: à la fin d’unvol record officieux

entre Stuttgart et Iéna.

La nanotechnologie pour le sport et les loisirsLa

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43

Le projet pourrait également conférer à ces nouvelles

technologies le respect qu’elles méritent et donner

naissance à toute une gamme de nouveaux véhicules,

comme l’aéronef solaire commandé par ordinateur,

des capteurs et le système Galileo, qui pourrait

emmener les profanes dans les airs sans bruit ni sans

émissions. La liberté par-delà les nuages sera illimitée!

Les catamarans solaires pourraient sillonner les lacs

du Mecklembourg; les «pédélecs», des bicyclettes

assistées électriquement, aideront les personnes âgées

à remonter sur un vélo. Un peu partout, de petits

Un yacht muni de moteurs à pileà combustible créé par MTU, àFriedrichshafen sur le lac deConstance. La nanotechnologiepeut aider ces véhicules àcombiner efficacité et élégance:une autre idée envisageableconcerne des voiles composées depiles solaires textiles flexibles,mais dans ce cas, le matériaudevrait être foncé.

Le «ver d’air» de l’université de Stuttgart. Il doitservir de station de relais pour la radiotéléphonie.

Le catamaran solaire construit par la société Kopf Solardesign GmbH navigue à Hambourg et dans ses environs.

43

véhicules électriques sont mis au

point pour éviter que les villes des

zones en phase d’industrialisation

rapide ne disparaissent dans un

brouillard de pollution.

Étude de conception de lasociété Fuseproject: une pileà combustible alimente cescooter-trottinette ensilence.

Des nanotubes de carbone pour l’ascenseur vers l’orbite

La recette est venue de l’espace: de nombreux

éléments différents circulent dans les coquilles

d’étoiles anciennes comme Bételgeuse, une

géante rouge. Si ces éléments réagissent

chimiquement l’un avec l’autre, il se forme des

nanocristaux, comme du carbure de silicium, de

l’oxyde de silicium, du corindon, voire du diamant,

comme l’a déjà indiqué l’étude de météorites

composées de ces poussières. Afin d’en savoir plus, les

scientifiques ont reproduit les conditions de ces

coquilles d’étoiles en laboratoire et ont trouvé en 1985

des traces d’une substance totalement inconnue.

Il s’agissait d’un nouveau composé de carbone, une

molécule creuse très semblable à un ballon de

football. Une étude récente du ciel a montré que cette

molécule est présente également dans les coquilles

des étoiles.

Les visions

La «rue des jetées»

Avec la nanotechnologie, même les systèmes de

transport les plus utopiques sont concevables,

comme la «rue des jetées». Si on parvient à

développer des muscles artificiels pratiques – on y

travaille pour l’instant -, on pourrait imaginer une rue

jalonnée d’éléments de signalisation, des jetées, qui

transportent des objets par simple attraction. Comme

les flagelles des cellules, les cils, qui évacuent la saleté

des poumons. Ou comme des pantoufles qui

glissent sur le sol. L’idée peut laisser la place à

de nombreuses améliorations. En tout cas, de

petits moteurs linéaires fonctionnant selon

ce principe, actionnés par des muscles

végétaux ou «forisomes», sont sérieusement

envisagés. Parmi les autres candidats aux

muscles artificiels, on trouve les fabriques de

nanotubes de carbone. Même cette idée n’est

pas aussi fantaisiste que l’ascenseur menant aux

planètes, que la NASA étudie pourtant et qui fut

imaginé en premier lieu par le pionnier russe de

l’espace Constantin Edouardovitch Ziolkovsky.

Des nanotubes et Bételgeuse, une étoile géantedans l’atmosphère de laquelle on trouve desfullérènes.

Les fullérènes, des cavités de réseaux de carbone, constituent desperspectives prometteuses pour la recherche de matériaux exotiques.

44

Constantin Edouardovitch Ziolkovsky.

45

Vision: unascenseur vers les

planètes.

Aujourd’hui, on connaît déjà de nombreuses variantes

des carbones réticulés, y compris les nanotubes, de

minuscules tubes de carbone qui peuvent être tissés

pour créer des matériaux extrêmement compacts. La

question technique d’une production en série de ces

nanotubes est en principe résolue.

Entre-temps, d’aucuns ont attribué à ces fibres

composites de nanotubes matures des résistances

astronomiques à la traction et à la fracture. Très

sérieusement, la NASA planche pour l’instant sur un

projet qui – par une sorte de tour de la corde hindoue

– vise à mettre au point un «ascenseur pour les

étoiles». Selon un scénario, une bande de matériau

composite de nanotube d’un mètre de largeur et plus

fine que le papier sera étirée dans l’espace au moyen

d’une fusée classique et de la technologie des

satellites. Une extrémité serait installée à une altitude

de près de 100 000 kilomètres, tandis que l’autre

serait attachée quelque part près de l’équateur, dans

l’océan Pacifique. La bande serait tendue par la force

de gravitation de la terre d’un côté et par une force

centripète de l’autre. Des charges de plusieurs tonnes

pourraient alors être transportées le long de cette

bande avant d’être mises en orbite, voire jusqu’à des

orbites situées entre Vénus et la ceinture d’astéroïdes.

Les retombées utiles de telles visions? Des matériaux

de construction très résistants pour les bâtiments de

grande taille, les ponts et, bien entendu, les

ascenseurs.

Robert Curl, avec, sur le bout des doigts,les fullerènes qui lui ont valu

le prix Nobel.

Des moléculesgéantes qui font

officed’ordinateurs

pilotes: lesnanotubespourraient

constituer lefondement despuces de haute

performance dudemain.

45

46

Les possibilités et les risques

Le potentiel de la nanotechnologie pour faire le

bien, ou du moins pour faire du profit, est

immense. Avec les innovations de nombreux

domaines d’application, la nanotechnologie affiche

un potentiel commercial énorme. Des centaines

d’entreprises européennes participent déjà à l’applica-

tion commerciale de la nanotechnologie, créant des

dizaines de milliers d’emplois, généralement

hautement qualifiés. Dans ce contexte, les scienti-

fiques et les hommes d’affaires sont unanimes: la

nanotechnologie est bien plus qu’une nouvelle mode.

Trop beau pour être vrai? Une supercolonie, qui ne

semble être possible qu’en théorie, a déjà fait son

chemin dans la littérature: dans le roman à succès

La proie de Michael Crichton, des essaims de

nanoparticules intelligentes se rassemblent pour

former des êtres semi-intelligents qui attaquent leurs

créateurs. Autre vision sombre, celle du nanoprophète

américain Eric Drexler, qui conçoit un monde menacé

par la «mélasse grise»,

un nuage gris de

nanorobots.

Eric Drexler estime

en effet qu’il est

possible de construire

des robots d’une

taille de quelques

millionièmes de

millimètre, contrôlés

par des programmes

et capables de créer

quelque chose de

nouveau et de plus grand à partir des matières

premières disponibles. Et si le processus échappait à

la maîtrise de l’homme, plutôt que de produire un

résultat magnifique, il créerait cette mélasse grise,

qui serait contagieuse et dangereuse pour l’homme et

la machine.

La plupart des experts ne prennent pas cette

hypothèse au sérieux. Parmi eux, Richard Smalley,

prix Nobel de chimie en 1996, qui souligne la

singularité des liaisons chimiques, qui empêche tous

les atomes ou toutes les molécules de se combiner

entre eux.

Cette seule considération rend l’idée d’un nanobot,

d’un robot ou d’assembleur nanométrique hautement

improbable. Dans ce cas, si un tel «assembleur» devait

assembler la matière atome par atome, il devrait

utiliser des «doigts», composés à leur tour d’atomes et

nécessairement d’une épaisseur minimale donnée.

Cela ne concernerait pas uniquement l’atome

sélectionné; tous les atomes d’un nanomètre cube

devraient être vérifiés lors de l’assemblage, et les

doigts seraient obligatoirement dans le chemin.

Compte tenu du problèmedes «gros doigts collants»,le scénario de la «mélasse

grise»d’Eric Drexler estaussi improbable que

l’idée que la technologiepourrait transformer le

monde en petitsnounours.

47

Richard Smalley, Prix Nobelde chimie, estime que lesrisques liés à lananotechnologie peuvent êtremaîtrisés."

Voilà pour le problème des gros doigts. À cela vient

s’ajouter celui des doigts collants: selon leur type, les

atomes saisis ne pourraient pas être simplement

ramassés et redéposés, mais se mettraient à former

des liaisons. Comme on le sait, il n’est pas facile de

détacher un globule collant de ses doigts. Ce sont là

des arguments essentiels qui ne peuvent être

contournés aisément. Les nanobots mécaniques

relèvent dès lors de l’impossible. Richard Smalley

pourrait avoir raison: il n’y a aucun raison de craindre

que des armées de nanomachines déferlent sur le

monde et le transforment en mélasse grise.

Il pourrait toutefois y avoir de bonnes raisons de

craindre que les nanoparticules aient des effets

indésirables sur l’homme et l’environnement.

Par exemple, les nanoparticules pourraient nuire à la

santé en raison de leur taille, qui leur permet de

pénétrer dans les cellules du corps et même de briser

des barrières biologiques, comme la barrière sang-

cerveau. Étant donné que les nanoparticules –

notamment d’autres poussières ultrafines comme la

suie de diesel dans les gaz d’échappement des

véhicules – sont des substances qui peuvent causer

des effets secondaires inconnus, des recherches

scientifiques doivent d’abord être menées pour

vérifier que ces particules sont sûres. Pour l’instant,

on en sait très peu sur la sécurité des nanoparticules,

de sorte que les questions en suspens doivent trouver

une réponse le plus vite possible à travers des

expériences adéquates menées par des

nanochercheurs et des toxicologues. Quoi qu’il en

soit, les risques semblent gérables parce que les

nanoparticules rencontrées dans la nature sont

extrêmement «collantes». Elles se rassemblent très vite

pour former de grandes masses dont le corps peut se

débarrasser très facilement. On sait déjà que certaines

nanoparticules ne sont pas nocives pour la santé. Elles

servent alors de facteur de protection dans des crèmes

solaires, ou sont mélangées à d’autres matières sous

forme liée. Ainsi, l’utilisateur n’entre même pas en

contact avec les nanoparticules isolées. L’industrie

applique également les mesures de sécurité qui

s’imposent afin d’exclure tout risque pour la santé de

ses clients ou de ses travailleurs.

Alors que l’avenir des nanobots est toujours

entièrement hypothétique, les promesses formulées

par les spécialistes de la matière travaillant à l’échelle

nanométrique semblent bien réelles. Les premiers

produits sont déjà disponibles, comme les têtes de

lecture à haute sensibilité pour disques durs

recouvertes de fines couches de vingt nanomètres ou

moins. La nanoélectronique se rencontre également

déjà dans tous les ordinateurs portables. Comme toute

technologie à fort potentiel, la nanotechnologie aura

évidemment des effets collatéraux, rendant de

nombreuses tâches simples superflues. De nouvelles

sphères d’activité seront créées à leur place.

L’apprentissage tout au long de la vie devient de plus

en plus important, mais cela aussi peut être amusant

avec la nanotechnologie.

48

Informations complémentaires

Comment devenir nano-ingénieur?

Les visiteurs d’un centre de recherche menant

d’intenses travaux en matière de

nanotechnologie pourront reconnaître toutes les

disciplines des sciences naturelles côte à côte:

biologistes, chimistes, ingénieurs de tout poil,

cristallographes, minéralogistes, physiciens, etc. Tous

ont un dénominateur commun, le niveau atomique,

et une langue commune, les mathématiques. Les

cours de sciences naturelles classiques peuvent donc

tous mener à la nanotechnologie, bien que cette

dernière commence à s’implanter comme une

discipline à part entière, notamment à l’université de

Würzburg. Comme le dit Alfred Forchel de la faculté

de physique de l’université de Würzburg, ceux qui

choisissent la nanotechnologie ne doivent pas

craindre de plonger dans une tendance à court terme

(extrait du journal officiel 10/2003 de l’université de

Würzburg).

«La tendance à la miniaturisation n’étant pas éphémère ets’appuyant déjà sur une longue histoire, il est probable quedans de nombreux secteurs, les applications descendrontjusqu’à des échelles toujours plus petites – de micro à nanopour ainsi dire – dans chaque discipline, des technologies del’information à la chimie. Il ne faut pas être devin pour voirque tout continuera à diminuer de taille – les matériaux deconstruction n’étant qu’un exemple parmi tant d’autres -,jusqu’au niveau le plus bas possible.»

Les physiciens, chimistes et autres spécialistes des

sciences naturelles peuvent affirmer à juste titre

qu’ils ont déjà été d’une manière ou l’autre été

confrontés à la nanotechnologie. Les thèmes de la

physique nucléaire classique, les molécules étudiées

par les chimistes sont autant d’habitants du

nanocosmos. Avec les capacités expérimentales

d’aujourd’hui, comme la structuration atomique

détaillée des amas, les couches ou les puces, ainsi

qu’avec les substances d’une pureté extrême et la

recherche des structures biologiques les plus fines

s’est ouverte une corne d’abondance de possibilités

entièrement nouvelles, qui profiteront également à

l’ingénierie d’application. Alfred Forchel juge très

bonnes les perspectives professionnelles des nano-

ingénieurs:

«Bien entendu, les opportunités de décrocher un emploi dansnotre secteur dépendent aussi de la santé de l’économie,comme dans n’importe quel domaine. Mais ce sont souventles petits détails qui font toute la différence: si les entreprisessont aux prises avec des montagnes d’applications, il estévidemment difficile d’en faire ressortir une. Si l’on proposeune formation pratique dans l’industrie, l’étudiant en sauraun plus sur une entreprise au moins. Nos étudiants peuventégalement rédiger leur thèse tout en travaillant, ce qui lesrapproche encore d’un emploi. Ils étudient également aumoins une matière non technique, comme la gestiond’entreprise, de manière à posséder d’autres compétences debase importantes pour la vie professionnelle.»

Pour les nano-ingénieurs, rien ne vaut une formation

en sciences naturelles pures, y compris en

mathématiques, que ce soit à Würzburg ou ailleurs.

Il ne suffit pas de rêver de mettre au point sous-marin

miniature voyageant dans les veines. Il faut

énormément de temps et de travail avant d’arriver à

ce stade. Il faut apprendre à décrire les choses

mathématiquement et avoir une bonne connaissance

de disciplines fondamentales comme la physique ou

la chimie. Il n’y a toutefois aucune raison de se laisser

intimider: vos nano-fantasmes vous seront toujours

utiles.

Le sous-marin dans les veines n’était que de la fiction;

la nanotechnologie est un peu différente, mais vous

pouvez y trouver votre compte.

49

Contacts, liens, littérature

Cours dans le domaine de la nanotechnologieTechniques nanostructurellesUniversité de WürzburgSite Internet: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/nano/Contact: ossau@physik.uni-wuerzburg.de

Biotechnologies et nanotechnologiesÉcole supérieure technique de Westphalie du Sud, IserlohnSite Internet: http://www2.fh-swf.de/fb-in/studium.bnt/bnt.htmContact: Werner@fh-swf.de

Sciences moléculairesUniversité d’Erlangen-NurembergSite Internet: http://www.chemie.uni-erlangen.de/Molecular-ScienceContact: hirsch@chemie.uni-erlangen.de

Microtechniques et nanotechniquesÉcole supérieure technique de MunichSite Internet: http://www.fh-muenchen.de/home/fb/fb06/studiengaenge/mikro_nano/home.htmContact: sotier@physik.fh-muenchen.de

Sciences nanomoléculairesUniversité internationale de BrêmeSite Internet: http://www.faculty.iu-bremen.de/plathe/nanomolContact: f.mueller-plathe@iu-bremen.de

Sciences nanostructurelles - Nanostructures et sciencesmoléculairesUniversité de KasselSite Internet: http://www.cinsat.uni-kassel.de/studiengang/studiengang.htmlContact: masseli@physik.uni-kassel.de

Licence expérimentale, licence en biophysique ounanosciencesUniversité de BielefeldSite Internet: http://www.physik.uni-bielefeld.de/nano.htmlContact: dario.anselmetti@Physik.Uni-Bielefeld.de

Microstructures et nanostructuresUniversité de la SarreSite Internet: http://www.uni-saarland.de/fak7/physik/NanoMikro/InfoMikroNano.htmContact: wz@lusi.uni-sb.de

LittératureBMBF-Programm IT-Forschung 2006 - FörderkonzeptNanoelektronikPub.: Federal Ministry of Education and Research; Bonn, March, 2002.

Vom Transistor zum Maskenzentrum Dresden,Nanoelektronik für den MenschenPub.: Federal Ministry of Education and Research; Bonn, October,2002.

Nanotechnologie erobert Märkte- DeutscheZukunftsoffensive für NanotechnologiePub.: Federal Ministry of Education and Research; Bonn, March 2004.

Bachmann, G.:Innovationsschub aus dem Nanokosmos: Analyse &Bewertung Zukünftiger Technologien (Band 28)Pub.: VDI Technology Center for the BMBF; 1998.

Luther, W.:Anwendungen der Nanotechnologie inRaumfahrtentwicklungen und –systemenTechnology analysis (Vol. 43)Pub.: VDI Technology Center, for the DLR; 2003

Wagner, V; Wechsler, D.:Nanobiotechnologie II: Anwendungen in der Medizin undPharmazieTechnology definition (Vol. 38)Pub.: VDI Technology Center, for the BMBF; 2004.

Hartmann, U.:Nanobiotechnologie – Eine Basistechnologie des21.JahrhundertsZPT, Saarbrücken, 2001.

Rubahn, H.-G.:Nanophysik und NanotechnologieTeubner Verlag 2002

Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft-WINGPub.: Federal Ministry of Education and Research; Bonn, October2003.

LiensPortail communautaire de la nanotechnologie www.cordis.lu/nanotechnology

Portail européen de la nanotechnologiewww.nanoforum.org

Nanotruck-Reise in den Nanokosmoswww.nanotruck.net

Internetreise-Abenteuer hinterm Kommawww.nanoreisen.de

News und Diskussionsforen zur Nanotechnologiewww.nano-invests.de

Promotion de la nanotechnologie en Allemagnehttp://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php

Portail du VDI-TZ sur la nanotechnologiewww.nanonet.de

Veuillez noter que la présente brochure provient du ministère fédéral allemand de la recherche (BMBF). Elle a donc été initialement rédigée à l’intention d’unpublic allemand. Pour les liens vers des études, de la littérature et des sites Internet européens autres qu’allemands, nous vous renvoyons au portail Internet dela Commission européenne sur la nanotechnologie (www.cordis.lu/nanotechnology).

50

Glossaire

Info

rmat

ion

sco

mp

lém

enta

ires

ADN: acide désoxyribonucléique. Molécule géante en

forme de double hélice contenant les informations

nécessaires à la constitution d’un organisme et les

formules pour une infinité de protéines.

Amas: agglomération de particules minuscules, dans

ce cas des atomes. Les amas possèdent généralement

diverses propriétés pour la forme solide d’un même

matériau, entre autres parce qu’ils contiennent une

plus grande part d’atomes de surface.

Champs microlenticulaires: éléments micro-optiques

importants pour des opérations comme la

transmission d’informations par le biais de la

lumière.

CNT: nanotube de carbone

Courant de tunnel: courant censé ne pas circuler

parce qu’il passe dans un creux isolant, mais qui peut

circuler dans le nanocosmos. Si c’est le cas, il sera

fortement tributaire de la dimension du creux isolant.

C’est cet effet qui a permis la mise au point du

microscope à effet tunnel.

Diatomées: minuscules créatures unicellulaires

rencontrées dans les eaux froides et salées, dotées

d’une coquille très élaborée composée de dioxyde de

silicium et d’eau. Les diatomées sont capables de

photosynthèse et possèdent également des structures

photoconductrices.

Doubleur de fréquence: ici, matériau doublant la

fréquence de la lumière, transformant par exemple la

lumière infrarouge en lumière verte.

ESEM: Environmental Scanning Electron Microscope,

microscope à balayage électronique spécial qui

accepte l’air et l’humidité dans le support

d’échantillon. Les lentilles ne doivent pas être traitées

avec de la vapeur d’or notamment.

Fil à fibre optique: fil dirigeant la lumière sur de

longues distances à travers un matériau extrêmement

transparent, généralement pour la transmission de

données, mais aussi et de plus en plus pour la

transmission d’énergie.

Fils de bysse: également connus sous le nom de «soie

de moule» ou «barbe de moule». Fils techniquement

sophistiqués créés par les moules pour s’accrocher à

des surfaces. Ils sont élastiques comme du caoutchouc

à une extrémité et aussi rigides que du nylon à

l’autre.

Forisomes: protéines végétales baptisées dérivées d’un

terme latin signifiant «feuille de porte». Elles sont

aujourd’hui étudiées comme candidates pour les

muscles artificiels nanoscopiques.

Laboratoire sur puce: puces hautement sophistiquées,

désormais en phase finale développement, qui, avec

l’aide de la micromécanique, de microfluides, de

nanocapteurs et de la nanoélectronique, peuvent

réaliser des examens complexes de cellules qui,

autrement, exigeraient les ressources de tout un

institut de recherche. Ce terme désigne également les

supports d’objets imprimés par voie microscopique

relativement simples.

Laser à électron libre: dispositif générant de la

lumière laser grâce à un faisceau d’électrons accélérés

passant dans un tube sous vide.

Leucocytes: globules blancs qui défendent l’organisme

en phagocytant les corps étrangers présents dans le

sang comme les virus et les bactéries, ainsi que les

résidus de cellules ou cellules cancéreuses, ou qui,

sous la forme de lymphocytes, produisent des

anticorps. Les anticorps sont des molécules adhésives

très spécifiques.

Liaison de van der Waals: liaison chimique faible

entre molécules dont la cause ultime réside dans les

propriétés des espaces vides des molécules. Les

liaisons de van der Waals déterminent également les

propriétés de l’eau et, partant, de tous les processus

vivants.

Lithographie: ici, technique de production de

structures microscopiques, généralement au moyen

d’un enduit photoréactif gravé à l’aide de faisceaux

lumineux ou d’électrons, développé et fournissant ou

conservant ensuite certaines parties de leur surface

pour l’inscription ou d’autres processus.

51

Masque: type de pellicule transparente contenant le

dessin et la configuration d’une puce informatique,

qui est ensuite transféré par lithographie sur des

tranches.

Micelles: petites structures sphériques utilisées par la

nature, dans ce cas les moules, comme conteneurs de

transport.

Ordinateur quantique: appareil faisant appel aux

règles caractéristiques de la mécanique quantique

pour résoudre des problèmes, comme le codage de

l’information, pratiquement insolubles avec des

ordinateurs conventionnels. N’a pas dépassé le stade

théorique.

Phase: ici, condition ou état, tel qu’arrangé/aléatoire

ou cristallin/amorphe.

Photosynthèse: les plantes vertes, les algues et les

cyanobactéries (algues bleues) tirent leur énergie de la

photosynthèse. À l’aide de la lumière du soleil, elles

transforment le dioxyde de carbone et l’eau en sucre

et en oxygène. La photosynthèse affiche un

rendement énergétique primaire étonnant de plus

de 80%.

Piézocristaux: les piézoéléments génèrent de

l’électricité lorsqu’ils sont comprimés ou étirés,

comme les étincelles des briquets «électroniques».

Inversement, un cristal piézoélectrique peut être

façonné par le courant électrique jusqu’à une fraction

du diamètre d’un atome.

Pile à combustible: dispositif dans lequel l’hydrogène

et l’oxygène (généralement de l’air) réagissent sans

combustion pour former de l’eau, produisant de

l’énergie électrique pour un niveau d’efficacité élevé.

Protéines: grandes molécules composées de ribosomes

dérivés d’acides aminés, qui agissent dans les cellules

en partie en tant qu’outils nanoscopiques et en partie

en tant que matériaux de construction, des lentilles

oculaires aux ongles. Le décodage du protéome, la

somme de toutes les protéines et de leurs interactions

dans une cellule, n’en est qu’à ses débuts.

Rayonnement par rayons X: rayonnement

électromagnétique à onde courte utilisé entre autres

pour l’analyse de la structure des cristaux visant à

déterminer la forme nanoscopique des molécules.

Rayonnement UV: rayonnement à onde courte

permettant la production de structures de puces très

fines.

Réflectines: protéines spéciales utilisées par les

organismes pour créer des structures réfléchissant la

lumière.

Ribosomes: nanomachines capables de produire une

infinité de protéines et contrôlées par une bande

moléculaire contenant les informations du matériau

génétique ADN.

Semiconducteur: matériau dont les propriétés

électriques peuvent être ajustées avec précision pour

devenir un isolateur ou un conducteur. Les

semiconducteurs sont devenus l’un des composants

les plus importants des produits industriels modernes

comme les ordinateurs et les téléphones portables.

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Crédits

P. 4, en haut: Centre de compétence en nanoanalytique, université deHambourg

P. 4, en bas: Lambda Physik AG, GöttingenP. 5, en haut: Infineon Technologies AG, MunichP. 5, en bas: BergerhofStudios, CologneP. 6, en haut à gauche: Chemical Heritage FoundationP. 6, en haut+en bas, à droite, en bas, à gauche: BergerhofStudios, CologneP. 7, en haut à gauche: NASA/ESAP. 7, en haut à droite: DESY, HambourgP. 7, au milieu à gauche: BergerhofStudios, CologneP. 7, en bas à droite: Institut de physique expérimentale et appliquée,

université de KielP. 8, en haut à gauche: REM-Labor, université de BâleP. 8, depuis le haut: BergerhofStudios, Cologne; dto.; dto.; REM-Labor,

université de Bâle; Comité Nobel, Stockholm (retravaillé); DESY,Hambourg

P. 9, en haut à gauche: Institut de botanique, université de BonnP. 9, en haut à droite: REM-Labor, université de BâleP. 9, depuis le haut: BergerhofStudios, Cologne; dto.; Fraunhofer Gesellschaft;

Institut de botanique, université de Bonn; dto.; TU Berlin, FU BerlinP. 9, image de fond: BASF AGP. 10, en haut à gauche + droite: MPI für Metallforschung, StuttgartP. 10, au milieu à droite: ESAP. 10, en bas à gauche: MPI für Metallforschung, StuttgartP. 11, en haut à gauche: Ostseelabor Flensburg, à côté: BergerhofStudios,

CologneP. 11, en haut à droite: Université de Florence, ItalieP. 11, au milieu à droite: Institut de paléontologie, Université de BonnP. 11, en bas à gauche: BergerhofStudios, CologneP. 11, en bas à droite: SusTech, DarmstadtP. 12, en haut au milieu et à droite: Bell Laboratories, USAP. 12, à gauche: faculté de biochimie, université de RatisbonneP. 13, en haut: Institut des nouveaux matériaux, SarrebruckP. 13, au milieu à droite: Degussa AG Advanced NanomaterialsP. 13, en bas à droite: Institut de géophysique, université de MunichP. 13, en bas: Institut de chimie physique, université de HambourgP. 14, en haut + en bas, à gauche: ESAP. 14, en bas, à droite: IBM CorporationP. 15, en haut + au milieu, à gauche: Physik IV, université d’AugsbourgP. 15, au milieu, à droite+au milieu: Centre de compétence en

nanoanalytique, université de HambourgP. 15, graphique en bas à droite: BergerhofStudios, CologneP. 15, en bas: Université de Hawaii, HonoluluP. 16, à gauche: Carl Zeiss SMT AG, OberkochenP. 17, en haut à droite: Carl Zeiss SMT AG, OberkochenP. 17, en bas à gauche: IHT RWTH Aix-la-ChapelleP. 17, en bas à droite: Schott AG, MayenceP. 18, en haut à gauche: Bayer AG, LeverkusenP. 18, en bas à gauche: MPI für Quantenoptik, GarchingP. 19, toutes les illustrations: DESY, HambourgP. 20, en haut à gauche: BergerhofStudios, CologneP. 20, en bas à droite: Institut des nouveaux matériaux, SarrebruckP. 21, en haut à gauche: HILIT, programme communautaire Joule IIIP. 21, en haut à droite: NASA/ESAP. 21, en bas à droite: université de StuttgartP. 22, toutes les illustrations: BergerhofStudios, CologneP. 23, en haut, à gauche: National Semiconductor, FeldafingP. 23, en bas à droite: Advanced Micro Devices, DresdeP. 24, en haut à droite: graphique: BergerhofStudios, CologneP. 24, au milieu à gauche: Faculté de physique expérimentale IV, RUB,

BochumP. 24, en bas: Institut de physique expérimentale et appliquée,

Université de Kiel

P. 25, en haut à droite: graphique: BergerhofStudios, CologneP. 25, en bas: IHT RWTH Aix-la-ChapelleP. 26, en haut à droite: IBM CorporationP. 26, en bas à gauche: Infineon Technologies AG, MunichP. 26, en bas, à droite: IBM/Infineon, MRAM Development AllianceP. 27, en haut: Faculté de physique expérimentale IV, RUB, BochumP. 27, au milieu: Centre de compétence en nanoanalytique, université de

HambourgP. 27, à droite: Faculté de nanoélectronique, RUB, BochumP. 27, en bas: IBM Speichersysteme Deutschland GmbH, MayenceP. 28: Siemens AG, MunichP. 29, en haut à droite: Nanosolutions GmbH, HambourgP. 29, au milieu: Institut des nouveaux matériaux, SarrebruckP. 30, en bas: Siemens AG, MunichP. 30, en haut: DaimlerChrysler AGP. 30, en bas à gauche: Fraunhofer Allianz Optisch-funktionale OberflächenP. 30, en bas à droite: Université du Wisconsin-MadisonP. 31, en haut: Robert-Bosch GmbH, StuttgartP. 31, au milieu: Audi/Volkswagen AGP. 31, en bas à gauche: VW PressearchivP. 31, en bas à droite: Robert-Bosch GmbH, StuttgartP. 32, en haut à gauche: Bayer AG, LeverkusenP. 32, en haut à droite: Institut des nouveaux matériaux, SarrebruckP. 32, en bas à gauche: Keramag AG, RatingenP. 33, en haut: BASF AG, LudwigshafenP. 33, au milieu: MTU FriedrichshafenP. 33, en bas à droite: Siemens AG, MunichP. 34, en haut à gauche: Bayer AG, LeverkusenP. 34, en haut à droite: Siemens AG, MunichP. 34, en bas: Infineon Technologies AG, MunichP. 35, en haut à gauche: Siemens AG, MunichP. 35, en haut à droite: Siemens AG, MunichP. 35 au milieu: Charité Berlin / Institut des nouveaux matériaux, SarrebruckP. 36, en haut à droite: BergerhofStudios, CologneP. 36, à gauche: Infineon Technologies AG, MunichP. 36, à droite: IIP Technologies, BonnP. 37, en haut à gauche: Siemens AG, MunichP. 37, en haut à droite: Fraunhofer ISITP. 37, au milieu à droite: université d’OxfordP. 37, en bas à gauche, à droite: Infineon Technologies AG, MunichP. 38, en haut à gauche: OSRAM Opto Semiconductors GmbH, RatisbonneP. 38, en bas: graphique: BergerhofStudios, CologneP. 39, en haut: Park Hotel Weggis, SuisseP. 39, en bas: Siemens AG, MunichP. 40, en haut, à gauche: BergerhofStudios, CologneP. 40, en bas à gauche: Bayer AG, LeverkusenP. 41, en haut: AIXTRON GmbH, Aix-la-ChapelleP. 41, à droite: Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire,

FribourgP. 42: Institut de construction aéronautique, Université de StuttgartP. 43, en haut à gauche, à droite: MTU FriedrichshafenP. 43, au milieu à gauche: Institut de construction aéronautique et

astronautique, université de StuttgartP. 43, au milieu à droite: FuseprojectP. 43, en bas: Kopf Solardesign GmbH, HambourgP. 44, en haut, à gauche: collage: BergerhofStudios, CologneP. 44, en bas à droite: RWTH, Aix-la-ChapelleP. 45, en haut à gauche: Siemens AG, MunichP. 45, en haut à droite: Infineon Technologies AG, MunichP. 45, en bas: NASAP. 46, au milieu: BergerhofStudios, CologneP. 47: IBM Corporation, Insert: Siemens AG, Munich

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Commission européenne

EUR 21151 — La nanotechnologie - L’innovation pour le monde de demain

Luxembourg: Office des publications officielles des Communautés européennes

2004 — 56 pp. — 21,0 x 29,7 cm

ISBN 92-894-8887-5

La nanotechnologie est considérée comme la principale technologie du XXIe siècle. Elle est capabled’offrir des solutions à de nombreux problèmes contemporains grâce à des matériaux, composantset systèmes plus petits, plus légers, plus rapides et plus performants. Elle offre de nouvellesopportunités commerciales et peut apporter une contribution essentielle à la protection del’environnement et de la santé.

L’objectif de la présente brochure consiste à montrer au public ce qu’est la nanotechnologie et àencourager le débat. En décrivant le contexte scientifique, les développements technologiques, lesdomaines d’application et les débouchés potentiels, cette brochure dresse un tableau complexe etcomplet de la nanotechnologie telle que nous la percevons au quotidien.

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I-59-04-968-FR-C