"Nanotechnologies: Tapage ou future révolution industrielle ?" Alain Cappy est né en 1954. Ancien élève de l’École Normale Supérieure de Cachan il est agrégé de Sciences physiques. Il soutient sa thèse de troisième cycle en Électronique en 1981 puis son doctorat d'État en 1986. Depuis 1991 il est Professeur à l'Université Lille1 ou il enseigne l'électronique, en particulier la physique des dispositifs à semi-conducteurs. Ses activités de recherche concernent la conception, la fabrication et la caractérisation de micro et nano dispositifs ultras rapides. Il est auteur ou coauteur de 100 articles dans des revues internationales, de 115 communications dans des conférences, dont 25 invitées. Il a dirigé 24 thèses et il est membre du comité de lecture de revues internationales et du comité des programmes de conférences internationales. De 2002 à 2009, il a été directeur de l'Institut d'Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN), un laboratoire de recherche de plus de 450 personnes Résumé : Les nanosciences, qui s'intéressent aux nouveaux phénomènes apparaissant aux petites échelles, et les nanotechnologies, qui concernent les applications des objets de taille nanométrique, connaissent depuis une quinzaine d'années un formidable essor, grâce au développement de nouveaux outils d'élaboration, d'observation et d'analyse. Lorsque des objets artificiels ont la même taille que des molécules chimiques ou biologiques, leur étude bénéficie des apports complémentaires des diverses disciplines : les nanosciences et les nanotechnologies sont multidisciplinaires par nature. Selon certaines études, le développement des nanotechnologies va générer une révolution égalant la révolution microélectronique, non seulement au niveau des dispositifs pour le traitement de l'information, mais plus encore dans les domaines des matériaux (nanomatéraux, matériaux nanostructurés) et de la santé (diagnostic, thérapie) ou l'interaction d'objets biologiques et non biologiques dans des systèmes permettra l'éclosion d'une nouvelle génération de capteurs. Avant une utilisation à grande échelle de ces technologies, il est toutefois nécessaire d'améliorer rapidement l'analyse des risques liés à ces technologies afin d'éviter les écueils et les erreurs qui ont pu apparaître dans le développement d'autres technologies avancées.
Mot(s) clés libre(s) : microélectronique, nanotechnologies, matériau semi-conducteur

Les révolutions de l'information et des communications vont continuer à bouleverser tous les domaines de l'activité humaine. Ces révolutions sont nées du codage de l'information sous forme de paquets d'électrons ou de photons et de la capacité de manipuler et transmettre ces paquets d'électrons ou de photons de manière de plus en plus efficace et économique. À la base de cette capacité se trouvent les matériaux semi-conducteurs. Rien ne prédisposait ces matériaux à un tel destin : ils ont des propriétés " classiques " médiocres qui les rendent " commandables " : par exemple, leur comportement électrique a longtemps semblé erratique, car très sensible aux " impuretés ". Cette capacité à changer de conductivité électrique, devenue " contrôlée " par la compréhension physique des phénomènes et l'insertion locale d'impuretés chimiques, permet de commander le passage de courant par des électrodes. On a alors l'effet d'amplification du transistor, à la base de la manipulation électronique de l'information. La sensibilité des semi-conducteurs aux flux lumineux en fait aussi les détecteurs de photons dans les communications optiques, et le phénomène inverse d'émission lumineuse les rend incontournables comme sources de photons pour les télécommunications, et bientôt pour l'éclairage. Les progrès des composants et systèmes sont liés aux deux démarches simultanées d'intégration des éléments actifs sur un même support, la " puce ", et de miniaturisation. Une des immenses surprises a été le caractère " vertueux " de la miniaturisation : plus les composants sont petits, meilleur est leur fonctionnement ! On a pu ainsi gagner en trente-cinq ans simultanément plusieurs facteurs de 100 millions à 1 milliard, en termes de complexité des circuits, réduction de coût, fiabilité, rendement de fabrication. Le problème des limites physiques est cependant aujourd'hui posé : jusqu'où la miniaturisation peut-elle continuer ? Combien d'atomes faut-il pour faire un transistor qui fonctionne encore ? Y-a t'il d'autres matériaux que les semi-conducteurs qui permettraient d'aller au delà des limites physiques, ou encore d'autres moyens de coder l'information plus efficaces que les électrons ou les photons ? Ce sont les questions que se pose aujourd'hui le physicien, cherchant à mettre en difficulté un domaine d'activité immense qu'il a contribué à créer.
Mot(s) clés libre(s) : circuit intégré, codage de l'information, conductivité électrique, matériau semi-conducteur, microélectronique, miniaturisation, physique quantique des solides, silicium, transistor

Manipulation très courte mettant en évidence le cycle d'hystérésis d'un matériau à l'oscilloscope.Vidéo issue du projet VideoManip dont l'objectif est la réalisation de courtes séquences filmées, montrant des expériences réelles, qui seraient à la fois trop complexes pour être montées et montrées en amphi, et pas assez riches d'enseignement pour justifier un TP de plusieurs heures. Les sciences de l'ingénieur consistent à utiliser un phénomène physique pour construire un objet répondant à un besoin donné. Cela suppose de la part des scientifiques, des (futurs) ingénieurs et des (futurs) enseignants qui les forme(ro)nt une connaissance assez intime des phénomènes physiques exploitables. Dans le processus d'acquisition de cette connaissance, rien ne remplace la confrontation directe au phénomène étudié au travers de l'expérimentation. La "manip de cours" ou "manip d'amphi" (expérimentation par le professeur pendant le cours magistral) permet de confronter immédiatement les étudiants au phénomène étudié sans avoir à attendre qu'ils aient acquis suffisamment de compétence pour pouvoir manipuler eux-mêmes. Ce genre d'illustration représente un investissement important, tant pour la mise en place de l'expérimentation elle-même que pour celle des dispositifs annexes permettant de la faire visualiser par un grand auditoire.
Mot(s) clés libre(s) : cycle d'hystérésis, électromagnétisme, hystérèse, matériau, oscilloscope

L' histoire de l'humanité est scandée par la nature des matériaux que l'homme est capable d'élaborer et d'utiliser pour répondre à ses besoins. Notre époque est marquée par une explosion de la création de nouveaux matériaux, de plus en plus conçus pour répondre à un besoin très précis. Dans ce contexte, les matériaux réalisés à partir de molécules peuvent faire valoir de nombreux avantages : ils sont le plus souvent de faible densité, transparents ou colorés à la demande, solubles, biocompatibles, faciles à mettre en forme, etc. La flexibilité de la chimie moléculaire permet de produire pratiquement " à la carte " de nouvelles molécules et de nouveaux édifices moléculaires en variant de manière de plus en plus subtile structures, structures électroniques et propriétés. Les synthèses sont guidées par les besoins en nouveaux matériaux de structure ou en matériaux fonctionnels. Notre vie quotidienne est ainsi entourée de matériaux moléculaires familiers qu'ils soient d'origine naturelle ou industrielle, créations de l'homme. L'exposé les identifie, illustre et commente quelques unes de leurs propriétés et leurs multiples domaines d'application. Dans le même temps, une recherche pluridisciplinaire se poursuit pour obtenir des matériaux présentant des propriétés inédites, voire des propriétés multiples au niveau macroscopique (grands ensembles de molécules) ou au niveau d'une seule molécule (électronique moléculaire, machines moléculaires…). Quelques aspects de ces recherches sont présentés, en mettant en évidence les principes fondamentaux sur lesquels repose la synthèse des molécules et des édifices moléculaires présentant des propriétés données, les techniques récentes qui permettent un progrès plus rapide en matière de matériaux moléculaires, les contraintes qui s'exercent sur la production de ces matériaux et les perspectives qui s'ouvrent dans un domaine où la riche complexité des matériaux biologiques constitue une matière première et un exemple, une source de réflexion et d'espoir permanents.
Mot(s) clés libre(s) : biomatériau, chimie moléculaire, conductivité, électronique moléculaire, interaction intermoléculaire, liaison chimique covalente, ligand, magnétisme, matériau composite, matériau moléculaire, science des matériaux, spin, structure moléculaire

Une conférence de Anne Tanguy, chercheuse au Laboratoire de physique de la matière condensée et nanostructures, Université Claude Bernard Lyon 1, présentée dans le cadre de "Physique au Printemps" 2009. Anne Tanguy montre comment les caractéristiques du matériau peuvent affecter la propagation du son, en particulier les caractéristiques mécaniques, et décrit l'influence de la microstructure sur la diffusion et l'atténuation. Elle présente ensuite des résultats récents sur la propagation du son dans les verres et dans les milieux granulaires.
Mot(s) clés libre(s) : son, onde sonore, propagation, matériau anisotrope, milieu anisotrope, table d'harmonie, sable, onde de surface, verre, pic boson, matériau amorphe

Présentation des milieux granulaires en silo, illustrée d'un film sur une colonne de sable.
Mot(s) clés libre(s) : matériau granulaire, sable, bille, colonne de sable, silo, silo de Janssen, poids apparent, chaîne de force, voûte, tas de sable, grain

L' étude de la matière à toutes les échelles est un sujet très vaste qui nécessiterait plusieurs cours. Aussi, nous limiterons notre propos en tentant de répondre à la question : " Un même assemblage d'éléments organiques ou inorganiques peut-il exister à différentes échelles et qu'elles sont leurs propriétés spécifiques ? " Dans ce dessein, nous choisirons une même entité différant par le nombre d'atomes qui la constitue et nous chercherons à montrer que ses propriétés physiques ou catalytiques changent en fonction de leur dimension. Dans un second temps, nous associerons cette entité à elle-même afin de faire croître cet assemblage de quelques Angstrom au millimètre. Nous montrerons que, dans certains cas, l'organisation de ces entités induit l'apparition des propriétés spécifiques différant de l'élément isolé. Nous traiterons tout d'abord les matériaux inorganiques puis organiques.
Mot(s) clés libre(s) : adsorption, auto-organisation des particules, catalyse, enzyme, fluorescence, liaison chimique, matériau, matière organique, nanochimie, nanomatériaux, superparamagnétisme

Le mot magnétisme reste chargé de mystères, pourtant les phénomènes magnétiques sont connus depuis trois mille ans et les matériaux magnétiques sont omniprésents dans notre environnement. Le but de cet exposé est de tenter de lever ces mystères et d'expliquer la formidable importance des matériaux magnétiques dans nos sociétés développées. La conférence va débuter par un bref historique des matériaux magnétiques, depuis leur découverte en Asie mineure et en Chine jusqu'aux développements les plus récents. On verra ensuite ce qu'est le magnétisme, le champ ou induction magnétique est produit par une charge électrique en mouvement. C'est une conséquence directe de la théorie de la relativité d'Einstein. Ce champ magnétique induit une force sur toutes les particules en mouvement, c'est là l'origine de toutes les forces magnétiques. A l'échelle atomique ce sont le mouvement des électrons autour des noyaux des atomes et le mouvement propre de ces mêmes électrons (mouvement de rotation) qui sont à l'origine des deux types de moments magnétiques atomiques : le moment orbital et le spin. Les liaisons chimiques tendent à compenser ces moments magnétiques, sauf, dans le cas où survivent à ces liaisons des couches atomiques incomplètes, comme celle des métaux dits de transition ou celles des métaux dit de la famille des terres rares. On abordera, ensuite, un aperçu de la diversité des matériaux magnétiques, les matériaux ferromagnétiques paramagnétiques et diamagnétiques...On montrera les fondements physiques des propriétés magnétiques et on décrira un certain nombre de matériaux spécifiques comme les aimants permanents, les différentes bandes magnétiques ou les mémoires...On terminera cet exposé par une description des tendances actuelles dans la science et la technologie des matériaux magnétiques : le nanomagnétisme et l'électronique de spin.
Mot(s) clés libre(s) : aimant, champ magnétique, ferromagnétisme, magnétorésistance, matériau doux, matériau dur, mécanique quantique, moment magnétique, pôle magnétique, science des matériaux, spin

Ce cours de science des matériaux a été conçu à l'Ecole des Mines d'Albi-Carmaux pour les élèves-ingénieur de 2ième année. Il n'a pas d'autre ambition que d'introduire les principaux concepts de la science des matériaux utiles à l'ingénieur généraliste que nous formons. Il contribue par ailleurs au socle scientifique sur lequel seront construits de nombreux enseignements dédiés aux matériaux et proposés à nos élèves plus tard dans leur cursus, notamment au niveau des options de dernière année "Matériaux pour l'Aéronautique et le Spatial" et "Ingénierie des Matériaux". Dans un premier temps, le cours traite de l'architecture et de la cohésion des solides, essentiellement cristallins, et de leur caractérisation cristallographique par diffraction des rayons X. Dans un second temps, les différents types de défauts présents dans les solides sont décrits en insistant particulièrement sur le rôle qu'ils jouent sur les propriétés d'usage. La constitution des alliages métalliques et les diagrammes de phases qui régissent les équilibres thermodynamiques sont ensuite présentés. Enfin, après avoir détaillé les bases des processus de diffusion à l'état solide, les transformations de phases, avec et sans diffusion, sont décrites. Une grande part des micrographies, illustrations et vidéo proposées dans le document proviennent des travaux de recherche et d'expertise de l'auteur.
Mot(s) clés libre(s) : génie mécanique, matériau, cohésion des solides, solides cristallins, caractérisation cristallographique, diffraction des rayons X, défauts cristallins, alliages métalliques, diagrammes de phases, transformations de phases

Des évolutions récentes (contraintes environnementales, amélioration de la sylviculture, organisation de l'espace rural) conduiront vraisemblablement à une augmentation de l'offre de produits forestiers sur le marché des matériaux. Cette offre se caractérise par une grande diversité qui sera décrite et analysée en détail : - diversité des essences, - variabilité intra-arbre, - variabilité inter-arbres. Elle se caractérise également par l'hygroscopie du matériau, l'anisotropie de ses propriétés, leur évolution dans le temps, trois caractères qui seront explicités et rapprochés de la structure du bois. Selon les choix techniques et économiques adoptés pour la chaîne qui relie la production forestière au secteur final d'utilisation (le Bâtiment, l'Ameublement, l'Emballage), la diversité pourra permettre, ou interdire, au bois d'être le matériau de base pour le XXIe siècle.
Mot(s) clés libre(s) : biomatériau, bois, cellulose, forêt, génie civil, génie des matériaux, matériau de construction, plan ligneux, propriétés mécaniques