Que sont les Nanotechnologies ? Imaginez que l'on puisse fabriquer les matériaux, les objets et les dispositifs dont nous avons besoin avec autant de précision que la Nature lorsqu'elle construit une cellule, un organe ou un organisme : en choisissant chaque molécule qui entrera dans la construction de l'édifice, en choisissant la manière de les assembler, en choisissant la manière de construire et d'emboîter des niveaux de plus en plus complexes d'organisation. La nature même de ce que nous fabriquons en serait changée. Non pas que nous donnerions vie à nos créations, mais leurs caractéristiques et les fonctions que l'on pourrait en attendre seraient infiniment plus riches que celles que nous connaissons. Construire un matériau aussi solide et résistant au choc que la nacre, un actionneur qui serait un véritable muscle artificiel, un filtre aussi efficace et peu énergivore que le rein, un tissus dont les caractéristiques changeraient en fonction de la température et de l'humidité, des capsules moléculaires capables de délivrer un médicament sur une cible précise, un anticorps artificiel capable de détecter des cellules malignes et de les éliminer, un calculateur dont le coeur serait constitué de quelques molécules ou même d'une seule d'entre elles,... Nous sommes encore loin de la plupart de ces réalisations, mais la décennie qui vient de s'écouler a vu de tels progrès dans les deux éléments indispensables -la maîtrise du très petit et la maîtrise du complexe- que l'on peut raisonnablement espérer y arriver. On sait désormais, grâce aux microscopes à effet tunnel et à force atomique, non seulement « voir » les atomes, mais aussi les manipuler un par un, explorer tous les recoins d'une molécule ou encore la déformer pour étudier sa réaction, ou encore y accrocher un prolongement artificiel. On sait marier la chimie du carbone -celle des molécules et du monde vivant- avec la chimie du monde minéral. On connaît aussi de mieux en mieux la sociologie des molécules, les lois qui régissent la manière dont elles vont s'assembler entre elles pour former des entités plus grosses : des membranes, des capsules,... On a compris comment les propriétés d'un petit morceau de matière changent lorsque sa taille devient très petite et on en a tiré profit pour fabriquer de nouvelles briques pour la construction des matériaux. Les nanotechnologies constituent les différentes facettes de cette démarche, qui change fondamentalement notre rapport à la matière.
Mot(s) clés libre(s) : magnétorésistance géante, microscopie à effet tunnel, moteur moléculaire, nanomatériau, nanomatériaux, nanorobot, nanotechnologie, nanotube, structure moléculaire

Introduction aux nanotechnologiesGénériqueDidier Stievenard UMR 8520 - IEMN USTL TV SEMM
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, microscope, nanomètre, pointe

L'homme a toujours cherché à observer le monde de l'infiniment petit qui l'entoure, le monde invisible à l'oeil nu. Pour cela, il invente la loupe (XVe siècle), puis le microscope optique (XVIIe siècle) pour observer des cellules sanguines ou des bactéries, mais il semble impossible d'observer les éléments ultimes dont est faite la matière : les atomes. Il faut attendre la découverte de la mécanique ondulatoire pour que l'espoir renaisse. Les particules qui constituent la matière peuvent se comporter comme des ondes de longueur d'onde très petite : 0,1 nm (10-10 mètre), c'est-à-dire de la taille d'un atome. De cette dualité onde-corpuscule va naître le microscope électronique - où l'éclairage par une source lumineuse utilisé dans le microscope optique est remplacé par une source d'électrons. L'observation d'atomes reste encore indirecte et s'appuie sur des phénomènes de diffraction. Mais voici, qu'en 1982, un nouveau type de microscope - le microscope à effet tunnel, est inventé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, ouvrant un champ très vaste d'investigations scientifiques et des nouveaux horizons technologiques. Cette nouvelle technique utilisant une sonde très locale permet l'observation directe et aisée d'atomes et de structures atomiques de surfaces conductrices dans une large variété d'environnements (air, eau, huile, vide). Depuis l'invention du microscope tunnel, d'autres microscopies à sonde locale ont été développées, et notamment le microscope à effet de force atomique (1986) qui permet d'imager non seulement des surfaces conductrices mais aussi des surfaces isolantes. En plus, les progrès les plus récents ont montré la possibilité de manipuler les atomes à l'aide de ces microscopes - ainsi les premières structures artificielles à l'échelle atomique ont été élaborées. Ces inventions préfigurent peut-être l'aube d'une révolution " nano " industrielle.
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, infiniment petit, longueur d'onde, microscope à force atomique, microscope électronique, microscopie optique en champ proche, nanotechnologie, spectroscopie

Biopuces et nano-robots mis au point par les architectes de l'invisibleGénériqueIssaad RAMDANE 2001 Point du jour /DPA / cité des sciences et de l'industrie
Mot(s) clés libre(s) : ADN, biopuce, génétique, microbiologie, microscope à effet tunnel, miniaturisation, nano-robot, nanotechnologie, séquençage du génome, structure cellulaire

A travers les siècles, l'homme a toujours cherché à observer le monde de l'infiniment petit qui l'entoure, le monde invisible à l'oeil nu. Pour cela, il invente la loupe (XVe siècle), puis le microscope optique (XVIIe siècle) pour observer des cellules sanguines ou des bactéries ..., mais il semble impossible d'observer les éléments ultimes dont est faite la matière : les atomes. Il faut attendre la découverte de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie(1923) pour que l'espoir renaisse. Les particules qui constituent la matière peuvent se comporter comme des ondes de longueur d'onde très petite : 0,1 nm (10-10 mètre), c'est-à-dire de la taille d'un atome. De cette dualité onde-corpuscule va naître le microscope électronique en 1933 (E.Ruska) - où l'éclairage par une source lumineuse utilisé dans le microscope optique est remplacé par une source d'électrons. L'observation d'atomes reste encore indirecte et s'appuie sur des phénomènes de diffraction. Les applications de la microscopie électronique sont nombreuses et le développement instrumental est aujourd'hui très sophistiqué que ce soit au niveau des appareillages ou au niveau du traitement informatique des données. Les domaines explorés sont très divers,la biologie moléculaire et cellulaire ,la cristallographie, la métallurgie, et les sciences des matériaux.La résolution des microscopes électroniques permet d'atteindre l'échelle atomique mais il faut noter un point fondamental,on n'observe pas le relief des surfaces observées mais une vue projetée.Les ondes associées aux électrons qui permettent l'obtention d'images sont des ondes progressives et l'on se trouve dans le cadre du champ lointoin.Cet inconvénient est entièrement levée dans le cas des microscopies en champ proche. En 1982, un nouveau type de microscope - le microscope à effet tunnel, est inventé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, ouvrant un champ très vaste d'investigations scientifiques et des nouveaux horizons technologiques. Cette nouvelle technique utilisant une pointe très fine terminée par un atome permet l'observation directe et aisée d'atomes et de structures atomiques de surfaces conductrices dans une large variété d'environnements (air, eau, huile, vide). Depuis l'invention du microscope tunnel, d'autres microscopies à sonde locale ont été développées, et notamment le microscope à effet de force atomique (1986) qui permet d'imager non seulement des surfaces conductrices mais aussi des surfaces isolantes.Enfin une autre microscopie en champ proche optique donne des images pour lesquelles les critères de Rayleigh. En plus, les progrès les plus récents ont montré la possibilité de manipuler les atomes à l'aide de ces microscopes - ainsi les premières structures artificielles à l'échelle atomique ont été élaborées.Toutes ces techniques d'observation et d'élaboration de nanostructures ont données naissance à une nouvelle physique,la nanophysique et aussi à de nouvelles nanotechnologies qui préfigure l'aube d'une révolution "nano" industrielle. Au cours de cette exposé nous présenterons les différents types de microscopes électroniques et les résultats les plus spectaculaires obtenus dans le domaine des sciences puis les trois familles de microscopies en champ proche et les applications surlesquelles elles débouchent naturellement.
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, infiniment petit, longueur d'onde, microscope électronique, microscopie à force atomique, microscopie en champ proche, résolution d'image, sonde électronique, spectroscopie

Les Molécules-machines C. Joachim, CEMES-CNRS, Toulouse A la fin du 19eme siècle, J.C. Maxwell rêvait déjà de machines de la taille d'une molécule avec son célèbre démon. Nous montrerons que de nos jours, nous pouvons manipuler les molécules une par une, échanger de l'information avec une seule et même molécule dûment identifiée et que la synthèse chimique a atteint une extraordinaire maîtrise de la forme et de la fonctionnalité à donner à cette molécule. Nous présenterons des molécules qui remplissent, chacune, le rôle de dispositifs que nous connaissons bien: interrupteurs ou transistors moléculaires pour l'électronique, roues et cliquets moléculaires pour la mécanique. Quelles soient manipulées dans le vide, sur une surface ou dans un liquide, nous pourrons bientôt synthétiser et contrôler des machines ultra-miniaturisée faite d'une seule molécule comme des nano-machines à calculer et des nano-robots moléculaires. Il nous faudra bien sur progresser dans la manière dont nous échangeons de l'information avec une seule molécule. Enfin, nous montrerons comment la demande technologique du siècle passé pour des machines miniatures a ouvert un nouveau champ à la science contemporaine avec la réalisation de nano-expériences en manipulant les atomes un par un et avec la conception de nano-appareils de mesure de la taille d'une molécule. Ref : La Recherche, n° de Novembre 2001 Pour La Science, n° de Décembre 2001 « Nanocomposants et Nanomachines » Volume Arago 26, OFTA 2001
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, ingénierie moléculaire, microscope électronique, nanomatériaux, nanosciences, nanotechnologies, nanotube, science des matériaux

Animation montrant le principe de fonctionnement du microscope à effet tunnelGénériqueConseiller scientifique: Etienne Guyon Conception: Maud Livrozet. Réalisateur: Hervé Colombani. Production: Cité des Sciences et de l'industrie / CNRS Images. Diffuseur: CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, microscope

Bruno Grandidier, chercheur à l'IEMN (Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologies) de Lille, présente le principe de fonctionnement et les utilisations du microscope à effet tunnel. L'effet tunnel est un phénomène quantique qui permet aux électrons de traverser une barrière de potentiel sans pertes d'énergie. On obtient ainsi un courant entre une pointe et une surface conductrice et les variations de ce courant donnent une image de la topologie de la surface. Le microscope est utilisé à l'air libre pour étudier la surface d'un échantillon de graphite. Pour d'autres matériaux qui s'oxydent à l'air, comme le silicium, les chercheurs utilisent un microscope plus sophistiqué opérant sous ultra-vide. Si l'on veut de plus observer de façon précise les arrangements atomiques des dimères de silicium, il faut réduire les oscillations des atomes en opérant à très basse température (77 ° K). Le microscope à effet tunnel permet également de manipuler et de construire des nano-objets, comme des molécules organiques que l'on dépose sur des substrats de silicium.GénériqueAuteur scientifique : GRANDIDIER Bruno (IEMN, UMR CNRS, Lille) Réalisateurs : BOCLET Didier, DELHAYE Claude et GOMBERT Christophe (CNRS Images, UPS CNRS, Meudon) Production : CNRS Images Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/
Mot(s) clés libre(s) : Electronique, microélectronique, microscope à effet tunnel

Métaux, semi-conducteurs, ou même supraconducteurs transportant un courant électrique sans aucune résistance, les matériaux présentent une diversité de propriétés électroniques remarquable, mise à profit dans de nombreuses applications qui font partie de notre quotidien. La chimie de l'état solide, en explorant les très nombreuses combinaisons entre éléments pour élaborer des structures de plus en plus complexes, nous invite à un véritable jeu de construction avec la matière, source de nouvelles découvertes. En même temps, le développement de techniques permettant d'élaborer, de structurer, et de visualiser ces matériaux à l'échelle de l'atome, ouvre d'immenses perspectives. Des lois de la mécanique quantique qui régissent le comportement d'un électron, aux propriétés d'un matériau à l'échelle macroscopique, c'est une invitation au voyage au coeur des matériaux que propose cette conférence.
Mot(s) clés libre(s) : comportement des matériaux, courant électrique, effet tunnel, électronique, isolant, physique des matériaux, résistivité, semi-conducteur, spin, supraconductivité

Une conférence de Jean-Yves Delannoy, chercheur industriel au Centre de Technologies du groupe Michelin à Clermont-Ferrand. Présentation générale des spécificités d'une recherche industrielle, puis exemples de recherches actuelles sur les matériaux.
Mot(s) clés libre(s) : pneumatique, recherche et développement, Michelin, matériau, polymère, agrégat, effet tunnel, cisaillement, résistivité