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Les nanosciences vues par l’Académie

Industrie et Technologies
L’Académie des sciences et l’Académie des technologies ont remis le 28 avril leur rapport sur le thème «Nanosciences-nanotechnologies». Une mine de pistes à suivre pour les scientifiques et surtout les ingéni

L’Académie des sciences et l’Académie des technologies viennent de remettre leur rapport n°18 sur les nanosciences et les nanotechnologies.

Les nanosciences représentent l’ensemble des recherches ayant pour objectif la synthèse et l’étude de nano-objets doués de propriétés (chimiques, physiques, biologiques). Cette discipline inclut aussi la découverte de méthode d’assemblage permettant d’accéder à des nanomatériaux et d’organisation aboutissant à des matériaux adaptatifs.

Ce rapport est organisé en trois parties : la nanochimie, la nanophysique et les nanotechnologies. Ce document est disponible aux Editions Tec&Doc Lavoisier.

1. Nanochimie 

Ce chapitre dirigé par Robert Corriu, professeur à l’université de Montpellier, fait notamment le point sur les nanomachines moléculaires basées sur des molécules multifonctionnelles: moteurs rotatifs, navettes moléculaires, muscles synthétiques.

Ces nanomachines sont généralement fondées sur des molécules du type rotaxanes et cathénanes organiques, dont la forme et les propriétés de conduction électrique peuvent être modifiées et contrôlées par un signal externe.

Les applications en vue vont de l’électronique au traitement de l’information en passant par les capteurs ou les actionneurs moléculaires. La catalyse homogène peut aussi bénéficier du potentiel de ces nanomachines moléculaires. Enfin la fonction de transport des protéines motrices comme la dynéine ou la kinésine sera sans doute bientôt mimée par des systèmes de synthèse.

Les questions fondamentales d’auto-assemblage et d’interactions sont également évoquées dans ce rapport par Mir Wais Hosseini, de l’université Louis Pasteur à Strasbourg.

En clair, il s’agit de mimer les processus complexes d’assemblage communément utilisés par la nature. Deux modes de construction sont alors étudiés. Soit en utilisant des briques élémentaires auto-complémentaires (la même brique reconnaît des sites complémentaires d’interaction et par conséquent se reconnaît), soit grâce à des briques complémentaires (chacune portant des sites d’interaction distincts.

Le chapitre dédié à la nanochimie consacré également une large part aux matériaux fonctionnalisés. Au programme : le nanomagnétisme moléculaire, l’électronique moléculaire, les nanostructures vitreuses et les matériaux nanohybrides pour l’optique. Les ingénieurs apprécieront ensuite le paragraphe consacré à la synthèse et la mise en forme des nanomatériaux fonctionnels. A savoir, la préparation des nanoparticules, le contrôle de leur forme, leur assemblage et leur mise en forme.

2. Nanophysique

Ce chapitre dirigé par Philippe Nozières, professeur honoraire au Collège de France, traite en particulier du développement des machines quantiques. Par exemple, contrairement à un processeur conventionnel qui effectue le traitement séquentiel d’un ensemble de données, un processeur quantique peut en principe traiter un état décrit par une superposition cohérente d’états de données. Les scientifiques sont maintenant à la recherche de nanosystèmes quantiques manipulables en particulier pour la réalisation de nanocircuits électroniques.

L’électronique moléculaire est également abordée dans ce rapport par Jean-Philippe Bourgoin, du CEA à Saclay. Le but est de concevoir des circuits électroniques utilisant comme composants des molécules fonctionnalisés. Au point de vue fondamental, il s’agit d’abord d’atteindre un nouveau régime de transport en connectant directement des molécules à des électrodes conductrices.

Côté applications, l’électronique moléculaire représente une alternative sérieuse à la technologie du silicium car elle offre la possibilité de franchir le mur existant autour des 20 nm dans la réduction de taille des composants. L’auteur passe ensuite en revue les matériaux concernés, depuis les nanofils métalliques jusqu’aux nanotubes de carbone.

Catherine Bréchignac (ex-directeur général du CNRS) fait quant à elle le point sur les agrégats précurseurs des nano-objets.

Dimitri Roditchev, spécialiste au CNRS de la microscopie en champ proche présente ensuite les nouvelles microscopies. Par opposition aux microscopies en champ lointain, les techniques en champ proche utilisent une sonde locale d’échelle nanométrique et reconstituent les images par balayage de cette sonde.

Outre leur fonction d’observation, les microscopes à champ proche sont aussi utilisés comme outil de gravure à l’échelle nanométrique (’approche «top-down»). La sonde du microscope est alors utilisée comme source de perturbation locale d’une surface sensible. Cette sonde peut aussi servir à déplacer un par un des atomes pour créer de toutes pièces des structures nanométriques (approche «bottom-up»).

3. Nanotechnologies

Ce sujet déjà largement traitement par Industrie et Technologies (voir notamment le n° de janvier 2002) rappelle les principales applications des nanotechnologies : les technologies de l’information et de la communication, les biotechnologies, les matériaux et la métrologie.

A noter la participation dans ce chapitre de représentants d’industriels, comme Hervé Arribart, directeur scientifique de Saint-Gobain Recherche, Thierry Chopin, du service spécialités minérales de Rhodia, Bruno Stoufflet, directeur de la prospective chez Dassault Aviation, Yann Barbaux, directeur des opérations d’EADS, Dominique Vernay, directeur technique de Thales.

Des éléments de réflexion concluent ce chapitre : sur l’état des recherches sur les nanosciences en France et à l’étranger, sur l’impact des nanotechnologies sur la société et sur les questions de propriété industrielle…

Michel Le Toullec

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