Les nanotechnologies
Les nanosciences et nanotechnologies (NST) sont l'étude, la fabrication et la manipulation de structures, de dispositifs et de systèmes matériels à l'échelle de moins d'une quarantaine de nanomètres (nm).
Les nanosciences et nanotechnologies sont transversales à plusieurs disciplines scientifique, telles que l'optique, la biologie, l'électronique, la mécanique et la chimie qui manipulent des objets d'une taille de l'ordre du nanomètre. Le terme est parfois utilisé par extension pour les microtechnologies.
Non pas encore.
Actuellement, les scientifiques estime une grande percée technologique dans 10 à 20 ans.
Historique
1953: Discours de Richard Feynman
En 1959, Richard Feynman a établit les bases de ce qui allait devenir 20 ans plus tard la nanotechnologie moléculaire.
Il avait suggéré qu'il était possible dutiliser les atomes comme des briques de Lego, pour les assembler entre eux. Ce qui était à l'époque très original, d'autant plus que la découverte des atomes était encore récente.
Il montre aussi que à cette échelle il y a tellement de place qu'il serait possible d'imprimer toutes les pages de l'encyclopedia Brittanica
sur la tête d'une épingle.
De même il serait possible d'imprimer tout ce que l'humanité a écrit jusqu'à présent dans un cube de la taille d'une poussière.
De nos jours
Les nanotechnologies purent se développer avec l'avènement d'outils tels que le microscope à effet tunnel et le microscope à force atomique. Ces instruments combinés avec la lithographie permettent d'observer, de manipuler et de créer des nanostructures.
A noter en matière de nanotechnologies l'importance de la technopôle grenobloise qui représente un bassin de recherche et d'ingénieurs unique en Europe dans ce domaine. De plus, des pays émergeants, notamment le Maroc, ont créé des zones prioritaires dédiées à la recherche en nanotechnologies.
Recherche actuelle
Problème rencontré
Si l'on prend l'exemple d'un essieu à cette échelle, il est fort probable que ce dernier est besoin d'être lubrifié (tout comme à notre échelle), cependant à cette échelle les atomes des lubrifiants sont presque de la même taille que l'essieu.
Et si l'on souhaite prendre un roulement à billes, ce ne serait pas évident, car la surface de la bille bille ne serait pas plane, mais constitué des bosses des atomes.
Puisque la chaleur dépens de l'agitation des atomes (plus ils sont agité et plus il y a de chaleur) il est fort probable que l'essieu cité ci-dessus fonctionne mal (ou se casse) à température ambiante.
Voies explorées
Si l'on souhaitait assembler une feuille de papier atomes par atomes (en ajoutant un million d'atomes par seconde) cela prendrait plus de 13 milliards d'années.
Cependant, si l'on utilisait une technique qui consiste à créer une nanomachine se dédoublant, puis les deux obtenues se dédoublant à leur tour, ... Alors il suffirait, cette fois-ci, de moins de 2 minutes pour créer une feuille.
Donc une machine de taille moléculaire qui peut se dupliquer toute seule, serait le point de recherche fondamental.
Applications
Maintenant que vous savez un peu plus ce que sont les nanotechnologies, nous allons voir l'aspect le plus intéressant des nanotechnologies: Les applications envisageable. Elle rejoigne parfois du domaine de science-fiction, mais peut-être que cela existera un jour un ou l'autre.
Médicales
Point positif
Les communautés biologiques et médicales exploitent les propriétés des nanomatériaux pour des applications variées.
Il est envisagé de construire de minuscules nanorobots, capables de se déplacer à lintérieur du corps humain, à la recherche dagents infectieux, de cellules cancéreuses, par exemple pour les détruire.
Il sera également possible d'améliorer le corps humain, en améliorant certaine parties du corps humain, tel que:
- Le cerveau (en augmentant ces capacités).
- Les muscles.
- La réparation de lésions.
Point négatif
Des chercheurs américains ont mis en évidence les dangers des nanoparticules (présentes notamment dans des crèmes solaires) pour les voies respiratoires. Leurs effets seraient comparables à ceux de l'amiante. Malgré les accidents, les technologies (même hautement dangereuses) ont prouvé leur efficacité sur le long terme ainsi que leurs limites. Elles sauvent plus de monde qu'elles n'en tuent.
Les risques sanitaires inhérent à ces technologies seront donc naturellement pris en compte par les applications médicales.
Énergétiques
On peut voir des avancées dans le domaine du stockage, de la conversion, et de la production d'énergie ainsi que dans celui des économies d'énergie.
- Des structures empilées de semi-conducteurs permettent d'atteindre de plus grands rendements pour les cellules photovoltaïques.
- Des réductions de la consommation d'énergie sont rendues possible par des systèmes d'isolation thermique, une amélioration des matériaux conducteurs.
Dans le domaine de la production de lumière, l'utilisation de matériaux issus des nanotechnologies tels que les LEDs permettent d'obtenir un rendement intéressant. - Les piles à combustible, peuvent gagner en efficacité par l'utilisation de matériaux nano-poreux pour le stockage de l'hydrogène.
- Les nanomoteurs, regroupés par milliers (chaînage), peuvent développer une force motrice collaborative bien supérieure (à consommation d'énergie égale) à celle d'un moteur unique.
À titre de comparaison, il suffit d'observer la force d'une fourmi capable de soulever et transporter environ 50 fois son poids. On sait qu'une fourmi de 100 kilos n'arriverait probablement pas à se soulever elle-même.
Mais l'idée du nanomoteur est justement de contourner l'obstacle de "l'effet d'échelle", en remplaçant un moteur unique par un réseau de millions de nanomoteurs.
Militaire
Point positif
Les applications militaires en projet sont diverses et nombreuses :
- nano-capteurs
- poussières intelligentes de détection
- micro-drones
- armes chimiques nano-encapsulées
- microbombe ionique
- etc...
Point négatif
En ce qui concerne les micro-drones, cela pourrait devenir dangereux puisqu'ils seront difficilement détectables. Pourrons envahir la vie privée de tous.
Pour ce qui est des armes chimiques tel que des nano-virus, ciblés pour tuer, beaucoup plus efficacement que les virus naturels.
Leur cible pourrait être une personne précise ou même un groupe de population (définit par sa position géographique ou par des caractéristiques génétiques par exemple).
Électroniques
Un point intéressant pour ce site d'électronique.
Les structures des puces électroniques ou des circuits intégrés sont déjà à l'échelle du nanométre et utilisent intensivement les nanotechnologies. Les avancées sont constantes dans les domaines des communications, du stockage d'information et du calcul.
Il ny a guère longtemps, on considérait quintégrer des composants de 2 microns serait le seuil de miniaturisation absolu pour des dispositifs à semi-conducteurs.
En 2004, des puces gravées était gravées avec des sections de 90 nanomètres. En 2006, les processeurs sont produits en masse avec une finesse de 65 nanomètres. Enfin, en 2008, des puces sortiront et seront gravées en 45 nanomètres. Et prochainement il y a aura le 32 nanomètres.
Mais il y a une limite, surtout avec les technologies actuel. Les nanotechnologies suggèrent une nouvelle approche plus radicale lorsque les voies classiques auront atteint leurs limites.
Danger
Je vais finir par une citation très bien expliqué de Eric Drexler (qui est un ingénieur américain connu pour avoir popularisé la nanotechnologie).
LA citation provient du chapitre 11 de "Engins de création" :
Des plantes à feuilles guère plus efficaces que nos capteurs solaires actuels pourraient vaincre les plantes réelles et envahir la biosphère dun feuillage non comestible. Des bactéries omnivores résistantes pourraient vaincre les vraies bactéries, se disséminer dans lair comme du pollen, se reproduire rapidement, et, en lespace de quelques jours, réduire à néant la biosphère. Des réplicateurs dangereux pourraient aisément savérer trop résistants, trop petits et trop prompts à se reproduire pour être stoppés - en tout cas, si nous ne prenons pas les devants. Nous avons déjà bien du mal à maîtriser les virus et les drosophiles.
Liens
Le premier lien est celui de Wikipedia sur les nanotechnologies :
Le second est celui d'une présentation (donnée initialement en avril 1998) à l'Academie Européenne Interdisciplinaire des Sciences : Enfin voici le diaporama que j'ai réalisé avec un collègue de l'IUT de Rennes (en mars 2007) :- Diaporama sur les nanotechnologies (document powerpoint)
- Diaporama sur les nanotechnologies (document open office)