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Toulouse concocte la première course internationale de molécules-voitures

Juliette Raynal

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Toulouse concocte la première course internationale de molécules-voitures

La molécule-voiture du laboratoire du CNRS est composée d’un châssis, de quatre roues et de deux pare-chocs.

© CNRS

L’année prochaine, la ville rose accueillera la NanoCar Race, la première course internationale de molécules-voitures. L’événement vise à tester en conditions réelles les nano-voitures élaborées en laboratoire depuis plusieurs années à travers le monde. A terme, cette approche doit permettre de construire des circuits électroniques atome par atome, afin de réduire l’utilisation des matières premières.

Des écuries, des voitures, un circuit, des sessions d’entraînement… La NanoCar Race a tout d’une véritable course automobile… à un détail près : les véhicules en compétition ne feront que quelques nanomètres de longueur. « Chaque voiture est une molécule composée d’une centaine d’atomes », précise Christian Joachim, directeur de recherche au CNRS, à l’origine de cette initiative avec Gwenaël Rapenne, professeur à l’Université Toulouse III Paul Sabatier.

France, Autriche, Etats-Unis, Allemagne, Japon… Au total cinq laboratoires ont répondu présent pour participer à la NanoCar Race. Chaque équipe a conçu son propre véhicule-molécule. La voiture du laboratoire du CNRS est, par exemple, composée d’un châssis, de quatre roues et de deux pare-chocs. « Nous n’avons pas encore de nano-moteur », admet Christian Joachim.

Un microscope à effet tunnel pour suivre la course

La première course internationale de molécules-voitures n’aura lieu qu’au dernier trimestre 2016 à Toulouse, mais les équipes concurrentes se rencontreront dès vendredi prochain, le 27 novembre 2015, dans la ville rose. Ce rassemblement inédit doit permettre aux différentes équipes de recherche,  inscrites pour la compétition, d’échanger sur les obstacles auxquels elles sont confrontées. « Il faut tous qu’on se mette d’accord sur différentes points, comme les problèmes d’automatisation, de tenue en froid, de logiciel ou encore d’évaporation des véhicules », explique Christian Joachim. Les chercheurs présenteront également leurs travaux au grand public dans le cadre d’une conférence, organisée à l’occasion de l’événement Futurapolis.

Comme lors d'une course de Formule 1, chaque équipe devra parcourir le plus vite possible le circuit, composé d’atomes d’or. La course ne sera pas visible à l’œil nu. C’est un microscope "à effet tunnel" qui permettra de suivre l’avancée des compétiteurs. Inventé en 1981 par des chercheurs d’IBM, ce microscope est constitué d’une pointe piézoélectrique qui est approchée au plus près d’une surface sans la toucher. Le dernier atome de la pointe est situé face au premier atome de la surface. L’objectif est d’éviter que ces deux parties se touchent. On laisse donc un vide, de moins d’un nanomètre, entre la pointe et la surface. « Un électron, situé juste au bout de la pointe, hésite à rester à sa place ou à passer dans la surface. C’est cette hésitation aléatoire qui crée le courant tunnel », détaille le directeur de recherche. Ce courant varie ensuite en fonction de la distance entre la pointe et la surface. Par un mouvement de balayage, il est alors possible de reconstituer une image, ligne par ligne, en mesurant le courant. Le microscope permettra également d’apporter aux nano-cars l’énergie nécessaire pour avancer. Chacune des équipes disposera alors d’une pointe qu’elle pourra contrôler de manière indépendante des autres pour construire sa piste, amener sa molécule sur la ligne de départ et guider son véhicule.

Fabrication additive d'un circuit électronique atome par atome

La course a été imaginée pour tester en conditions réelles les nano-voitures élaborées en laboratoire depuis plusieurs années à travers le monde. Elle doit permettre de montrer le degré de contrôle des molécules-machines atteint aujourd'hui en laboratoire. Le premier article scientifique sur le sujet a été publié en 1998. « Il démontrait qu’il était possible de faire de la mécanique avec des molécules », raconte Christian Joachim, avant de poursuivre : « L’enjeu est de savoir s’il sera possible , à l'avenir, de construire des machines atome par atome. C’est une vraie question car actuellement tous nos processus de construction s’effectuent à partir du haut et où l’on vient rogner la matière. Ce n’est pas efficace à l’heure où nous voulons sauver le plus de matière première possible dans une logique de développement durable ».

A l’avenir, cette technique devrait permettre la construction des premiers circuits électroniques atome par atome. Dans combien d’années ce procédé pourra être industrialisé ? « Nous n’en avons aucune idée » déclare, sans hésitation, le directeur de recherche, tout en rappelant que des acteurs comme IBM ou Hitachi observent de près cette approche.  

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