Point de vue pour le débat sur les nanotechnologies de Claude Weisbuch Alors qu'elles étaient associées au départ à des espoirs de percées majeures dans la plupart des secteurs scientifiques, technologiques et économiques, les nanotechnologies deviennent l'objet de critiques radicales, certains en appelant même à un moratoire sur ces recherches. Il convient d'en débattre publiquement, en commençant par rappeler certains faits de base: 1. Le concept de nanotechnologie a pris son essor a cause du programme américain conçu pour redonner un élan aux disciplines physico-chimiques, laissées en plan aux USA par la priorité donnée à la biologie par le parlement américain. 2. Il faut rappeler la différence entre nanosciences et nanotechnologies. La nanoscience vise à l'exploration des phénomènes nouveaux apparaissant aux dimensions nanométriques, les nanotechnologies à leur mise en oeuvre dans des produits, ces phénomènes nouveaux ayant des origines physiques très variées. Une différence majeure apparaît immédiatement: alors qu'en nanoscience l'objet nanométrique est tout a fait digne d'intérêt, pour les applications il faut ramener ces propriétés nouvelles à l'échelle humaine pour l'utilisateur. Par exemple, une molécule unique peut être passionnante et faire l'objet de nombreux travaux de recherche, elle ne sert à rien toute seule. 3. Il n'y a pas de nanotechnologie définie en tant que telle, mais un patchwork de technologies très disparates suivant les domaines, et l'impact de l'échelle du nanomètre peut être très général ou très spécialise. Ayant défini très rapidement les nanotechnologies, on peut alors essayer d'analyser les incertitudes et risques associés aux nanotechnologies. Un premier point: en général, les risques associés aux aspects nouveaux des nanotechnologies sont bien sûr à traiter de la même manière que toute les autres activités scientifiques, technologiques, industrielles (qui ne sont pas en butée par rapport a ce qu'il conviendrait de faire, on peut en convenir !):protection des opérateurs lors de l'élaboration, identification des risques (dangerosité et exposition) des utilisateurs, recyclage des objets en fin de vie. La polémique sur la nanotechnologie/les nanotechnologies vient de ce que les critiques radicaux disent qu'elles ne sont pas de même nature que les autres, et n'exposent pas aux mêmes risques, et que le paragraphe ci-dessus ne s'applique pas: 1. on ne voit pas les objets des nanotechnologies. Dans la plupart des cas, en fait, ces objets ne seront pas accessibles sous leur forme divisée, nanométrique, mais dans un matériau système a l'échelle humaine, bien visible: circuit intégré en nanoelectronique, matériau composite à très haute résistance, matériau pour turbines à haute température, matrice nanométrique pour purification ou dessalement de l'eau, biopuces pour diagnostic médical, ... 2. Les éléments nanométriques vont partout, et donc dans des endroits ou ils sont dangereux, par exemple les organes du corps humain. Ceci n'est vrai lors de l'utilisation que pour les médicaments et les cosmétiques ou l'efficacité nouvelle est apportée par l'utilisation de la matière divisée. En ce qui concerne les médicaments, on est dans une situation ou il faut effectivement étudier ce qui serait des effets secondaires, puisque le médicament irait ailleurs que la ou on souhaite qu'il aille. Ceci est la définition même des effets secondaires des médicaments, et la longue procédure habituelle de validation des médicaments est tout à fait adaptée à prendre en compte la spécificité des nanomédicaments. En ce qui concerne les cosmétiques, les tests habituels sont certainement à faire évoluer, avant la mise sur le marché. Les académies britanniques, poursuivant les travaux de leur remarquable rapport sur les potentiels et risques de nanotechnologies, appelent de leurs voeux une publication transparente des tests effectués par et pour les industriels. C'est certainement une excellente recommandation (on pourrait aussi le réclamer pour d'autres produits....). D'autres possibilités d'exposition à des nanoparticules existent lors de l'élaboration et de la dégradation. Lors de l'élaboration, avant la mise en oeuvre dans des objets macroscopiques, il faut savoir que l'on sait manipuler des substances autrement plus dangereuses dans l'industrie. Le problème sera là de mettre en oeuvre des nouvelles réglementations adaptées tenant compte de la dangerosité et du risque d'exposition, avec aussi des moyens de mesure et de contrôle. Pour ce qui est de la dégradation, on entre ici dans un problème important, urgent, pour tous les secteurs industriels existant. Nous avons de fortes lacunes dans l'analyse du cycle de vie des matériaux. Les critiques radicaux nous affirment que les nanomatériaux ne se dégraderont pas dans l'environnement. Rien ne permet de l'affirmer, ni le contraire d'ailleurs (comme pour beaucoup de produits fabriques de manière massive aujourd'hui). Ce que la nature nous montre, par contre, c'est que la dégradation de nombreux matériaux minéraux ou biologiques n'aboutit pas à des nanostructures se promenant librement. Il y a dans ce domaine de la dégradation des matériaux (nanos ou non) un grand domaine scientifique à maîtriser. 3. Les nanotechnologies permettront d'entrer dans des domaines ou il ne faut pas aller ( la maîtrise du vivant et le rêve/cauchemar de l'immortalité, le contrôle de l'individu par des nanorobots qu'on lui injecte à son insu), ou peuvent permettre in-fine la destruction de la planète par l'émergence d'une intelligence collective de nanoobjets auto reproducteurs qui échapperaient au contrôle de leurs créateurs dans une furie destructrice. On est la en pleine science fiction, avec zéro science et 100% de fiction. Ces phantasmes viennent de non scientifiques (romanciers, princes héritiers, ...) ou de scientifiques non-spécialistes (extrêmement souvent des informaticiens et roboticiens)ne connaissant pas les bases de la biologie, de la neurologie, de la chimie, de la physique, de la théorie de l'information, qui permettent de montrer simplement l'impossibilité de telles réalisations. Les nanotechnologies permettront plus sérieusement d'accéder à des connaissances qui poseront des problèmes accrus en matière de protection des libertés individuelles, en facilitant très largement des techniques aujourd'hui encore limitées: empreintes génétiques des individus, fichage informatique, ... Ces dangers existent déjà aujourd'hui, et il faudra d'une part veiller a la bonne application des protections individuelles prévues, d'autre part à la définition de nouvelles protections lorsque des risques nouveaux apparaîtront (à ce sujet le comite national d'éthique montre que l'on ne peut émettre de recommandations que sur des questions bien identifiées, et pas sur des sujets généraux). Il est certainement utile d'en débattre. Résumé de Claire Weill Le risque de ne pas savoir de quoi on parle Il y a une quinzaine d'années, l'apparition de la microscopie à champ proche a permis de « voir » et manipuler des atomes individuels. Depuis, l'industrie de la microélectronique a poursuivi sa démarche de miniaturisation conduisant à la fabrication de matériaux structurés à des échelles inférieures au millième de millimètre (micron). Ces approches respectivement ascendantes et descendantes pour l'étude de la matière ont légitimement ouvert de nouvelles voies pour la recherche scientifique à l'échelle du nanomètre, le millionième de millimètre. Parallèlement des développements industriels ont mis à profit ces deux approches. Dès lors, plusieurs facteurs concourent à la très grande instabilité des discours sur les « nanotechnologies » et les « nanosciences » aujourd'hui dans les media, voire même des informations dans des publications dans des revues spécialisées, y compris scientifiques : la science dont il s'agit est récente et une grande partie des développements industriels sont encore balbutiants et pour une grande part confidentiels. Du fait des promesses considérables formulées sur les potentialités des nanotechnologies dans les domaines de la santé, de l'énergie, de l'environnement, du traitement de l'information…, des moyens financiers très importants et en forte croissance ont été investis dans la recherche fondamentale et appliquée dans tous les pays industrialisés depuis 2000. Ces promesses sont à la mesure des impasses dans lesquelles se trouvent nos sociétés, dont l'impasse écologique (épuisement des ressources fossiles et ponction excessive des ressources renouvelables, changement climatique…). Ces promesses démesurées se sont nourries d'abus de langages, de glissements sémantiques, d'assertions peu, voire pas du tout étayées. Ainsi, pour les besoins de la cause, des pans entiers de certains champs scientifiques ont été rebaptisés « nanos ». Les sciences physiques, chimiques biologiques et de l'information investissent désormais l'échelle du nanomètre. Ceci ne signifie pas pour autant l'automaticité de synergies entre les développements technologiques issus de leurs applications éventuelles. Or, un tel argument a été largement utilisé, en regroupant les synergies annoncées sous le vocable inapproprié et trompeur de « convergence ». Celui-ci a néanmoins le mérite d'évoquer la notion de projets, ceux des différents lobbies qui ont construit puis promu le développement des nanotechnologies. Notons en outre qu'il est absurde de penser qu'un champ scientifique se définirait par une échelle de taille, or on n'hésite pas à parler de « nanoscience ». Enfin, le nanomètre n'est pas, et de loin, la plus petite échelle de la matière investie historiquement par les scientifiques, qu'il s'agisse des physiciens des particules ou des chimistes moléculaires. Le fantasme de manipuler des atomes tels les éléments d'un lego a été véhiculé par plusieurs ouvrages de science fiction aux Etats-Unis à caractère prophétique, voire apocalyptique (E. Drexler, « Engines of creation », Engins de création, 1986 ; M. Crichton, « Prey », La proie, 2002). Ceux-ci ont donné l'illusion au lecteur qu'il pouvait comprendre, voire palper par la pensée ce qui se jouait à l'échelle atomique. Ce fantasme fait fi toutefois des lois de la physique quantique, qui compliquent considérablement la donne. Il introduit également une confusion entre l'approche scientifique et celle de l'ingénieur. Il apparaît donc urgent de déconstruire un certain nombre de discours et de s'attacher à davantage de rigueur dès lors que l'on évoque la science et les développements technologiques qui se déroulent à l'échelle du nanomètre, et ce dans l'intérêt de tous : politiques, citoyens, scientifiques et industriels. Les risques sanitaires, environnementaux et éthiques des nanomatériaux Les nanomatériaux présentent pour les autorités publiques des difficultés spécifiques. Déjà commercialisés dans des produits, les nano - objets sont susceptibles de diffuser dans l'environnement de multiples manières et sous des formes variées (nanoparticules libérées par exemple lors de l'usure de matériaux renforcés comme les pneus verts) et de pénétrer dans le corps humain par les voies respiratoires ou par la peau (crèmes solaires). Or, les modes de production des nanoparticules en laboratoire tout comme en milieu industriel sont loin d'être stabilisés. En outre, on ne dispose pas aujourd'hui de méthodes satisfaisantes permettant d'avoir accès à leurs caractéristiques structurales, réactives, et par voie de conséquences à leurs propriétés toxicologiques et écotoxicologiques. Par suite, nous sommes encore très loin d'une harmonisation des normes à l'échelle internationale, pourtant nécessaire dans le contexte de la mondialisation du commerce. Le cadre réglementaire européen couvre en théorie les nanoparticules, isolées ou insérées dans des produits, sans toutefois les prendre précisément en compte. En particulier, le règlement sur les substances chimiques en passe d'être adopté en Europe, REACH, pourrait encadrer les risques liés aux nanoparticules en introduisant des critères de dangerosité tels que la forte réactivité potentielle due à leur très grand rapport surface sur volume et la diffusion potentielle dans le corps humain. Cependant, les outils juridiques resteront inefficaces aussi longtemps que des techniques de caractérisation des nanoparticules sur l'ensemble de leur cycle de vie – encore une fois, de quoi parle-t-on ? – ne seront pas accessibles aux régulateurs. L'étude, et par conséquent l'optimisation ab initio, du cycle de vie de certaines substances chimiques ou nanoparticules se heurte également à des problèmes méthodologiques majeurs. A cet égard, la production et la diffusion non contrôlée de nanoparticules pourrait être source de dommages pour lesquels l'imputation de la responsabilité est difficile, faute de tracabilité possible. Le développement industriel contrôlé et responsable des nanoparticules ne se fera donc pas sans franchir au préalable certaines étapes. Ceci exigera des efforts aussi bien des autorités publiques que des acteurs économiques, en particulier pour assurer l'existence et le maintien de ressources suffisantes en experts toxicologues et écotoxicologues dans leurs sphères respectives. Les questions éthiques associées à certains développements potentiels issus de nanotechnologies sont similaires à celles que posent des technologies existantes - en termes de protection de données privées notamment, mais aussi de brevetabilité du vivant, si l'on considère que les nanotechnologies recouvrent une partie des biotechnologies. Certes, les risques pourront être amplifiés par l'augmentation des capacités de stockage et de traitement de l'information qu'apporte la miniaturisation de la microélectronique, qui est d'ailleurs loin d'approcher l'échelle nanométrique. Cependant, l'arbre cachant souvent la forêt, certains usages de dispositifs non nanométriques mais rebaptisés « nano », comme l'utilisation de puces ADN, pourraient fragiliser les systèmes de santé des pays industrialisés, et accentuer encore s'il en était besoin les inégalités avec les pays en développement. Ainsi, l'exploitation de tests génétiques à fins de thérapies préventives personnalisées pourrait provoquer, si elle s'avérait fondée scientifiquement, l'apparition de traitements extrêmement onéreux inaccessibles au Sud et conduisant au Nord, soit à une augmentation considérable des coûts de santé publique, soit à une médecine à deux vitesses. Les nanotechnologies exemplifient une difficulté majeure pour nos sociétés technologiques : celle des rythmes différents Le développement de technologies conduisant à la mise sur le marché de nouveaux produits et systèmes s'effectue à un rythme si rapide qu'il ne permet pas aux Etats d'encadrer à temps les risques associés, lorsque cela est possible. En outre, les autorités publiques ne peuvent assumer seules la charge de développer les moyens techniques à cet effet. Par ailleurs, le paysage des risques avérés et potentiels qui résultent des activités économiques devient inextricable à un tel point que le gestionnaire de risques, en situation d'arbitrage impossible, se trouve confronté à des dilemmes sans fin. Le niveau d'indécidabilité augmentant, les gouvernements ont de plus en plus recours à des consultations de citoyens, afin d'estimer l'appréhension par la société de risques liés à des technologies émergentes. Ces nouveaux instruments de nos démocraties techniques, aussi intéressants et séduisants soient-ils soulèvent toutefois des questions difficiles. Ils ne pourront en particulier être utiles pour la progression des débats sur les questions aussi larges que disparates regroupées aujourd'hui sous le vocable de nanotechnologies qu'en sériant les problèmes. D'un autre côté, les bénéfices de technologies émergentes conduisant à des innovations radicales ne seront perceptibles bien souvent qu'à moyen ou long terme. Pour ce qui concerne les nanotechnologies, des pistes très intéressantes se dessinent dans le domaine médical, celui des économies d'énergie (lampes basse consommation, piles à combustibles, matériaux plus légers et plus résistants), du traitement des eaux et de la remédiation des sols. Il importe toutefois de garder à l'esprit que leur exploitation ne pourra survenir que dans les prochaines décennies, durant lesquelles les contraintes qu'exerce l'homme sur la planète s'intensifieront. A cet égard, un des risques politiques majeurs associé à l'engouement pour les nanotechnologies serait d'entretenir l'illusion que des solutions purement technologiques pourraient permettre de diminuer ces contraintes de manière significative à un horizon temporel pertinent.
Mot(s) clés libre(s) : biopuce, éthique, innovation technologique, miniaturisation, nanomatériaux, nanosciences, nanotechnologies, protection de l'environnement, risque sanitaire, science des matériaux

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

Les nouvelles cathodes froides pour des applications industrielles, pour une miniaturisation poussée de systèmes basés sur des faisceaux d'électrons.GénériqueVu Thien Binh LPMCN-CNRS USTL TV SEMM
Mot(s) clés libre(s) : cathode froide, émission électronique, faisceau d'électrons, nanoélectronique, nanomatériaux, nanoperle, nanotube de carbone, procédé CVD

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

Jusqu'en 1985, les seules formes cristallisées connues de carbone pur étaient le graphite et le diamant. En 1985 trois chercheurs R. Smalley, R. Curl (Rice University, Houston, USA) et H. Kroto (University of Sussex, Grande Bretagne) ont découvert une nouvelle forme de carbone, la molécule de C60 constituée de 60 atomes de carbone répartis sur les sommets d'un polyèdre régulier constitué de facettes hexagonales et pentagonales (Figure 1). Cette molécule a été appelée fullerène et tire son nom de l'architecte américain R. Buckminster Fuller qui construisit la géode du pavillon de l'exposition universelle de Montréal qui a la même forme géométrique. Il a fallu cependant attendre 1990 pour que soit mis au point par D. Huffman et W. Krätschmer (Université de Heidelberg, Allemagne) un procédé de synthèse qui a permis d'obtenir des quantités macroscopiques de ces molécules et notamment des cristaux. De ce moment date réellement le démarrage des études physiques et chimiques sur les fullerènes. La découverte des nanotubes de carbone est quant à elle due à S. Iijima (NEC, Tsukuba, Japon) qui l'identifie par microscopie électronique dans un sous produit de synthèse des fullerènes. Un nanotube de carbone est un objet tubulaire de dimension nanométrique en diamètre et de longueur micrométrique. Il est constitué d'un feuillet de graphite enroulé sur lui même de façon à former un cylindre fermé aux deux extrémités par deux demi-fullerènes (Figure 1). Depuis, différentes méthodes de synthèse spécifiques ont été mises au point et ont permis l'étude en laboratoire de la structure et des propriétés physiques et chimiques de ces objets. Ces recherches ont pris un essor extraordinaire tant sont spectaculaires à la fois la structure de cet objet et ses propriétés dans différents domaines allant de la mécanique à la nanochimie en passant par la nanoélectronique et les effets de pointe sous champ électrique. Des applications sont même d'ores et déjà à l'ordre du jour. La conférence aura pour objet de présenter l'état actuel des recherches sur les nanotubes et les enjeux pour les développements futurs. Elle se structurera de la façon suivante. Après avoir présenté le nanotube dans la famille des structures du carbone, je décrirai sa structure et son identification structurale et chimique à l'aide de la microscopie électronique en transmission dont je rappellerai le principe de façon simple. Je ferais le point ensuite sur les différentes méthodes de synthèse des nanotubes et sur les modèles qui sont actuellement avancés pour expliquer les mécanismes de formation de ces objets de façon à discuter du problème d'un dispositif de synthèse contrôlée à grande échelle, qui est un des enjeux pour les développements futurs d'applications et l'utilisation du nanotube comme nanomatériau. La dernière partie de l'exposé sera consacré aux propriétés extraordinaires de ces objets de façon à montrer l'intérêt unique que ces objets présentent aussi bien pour les sciences fondamentales que pour les applications. Concernant le développement d'applications potentielles, je m'efforcerai de mettre en relief les défis à relever pour passer de l'objet de laboratoire au nanomatériau et à son utilisation à une échelle macroscopique.
Mot(s) clés libre(s) : cristal de carbone, fullerène, graphite, nanoélectronique, nanomatériaux, nanotube, structure tubulaire

La conférence aura pour objet de présenter l'état actuel des recherches sur les nanotubes et les enjeux pour les développements futurs. Elle se structurera de la façon suivante. Après avoir présenté le nanotube dans la famille des structures du carbone, je décrirai sa structure et son identification structurale et chimique à l'aide de la microscopie électronique en transmission dont je rappellerai le principe de façon simple. Je ferais le point ensuite sur les différentes méthodes de synthèse des nanotubes et sur les modèles qui sont actuellement avancés pour expliquer les mécanismes de formation de ces objets de façon à discuter du problème d'un dispositif de synthèse contrôlée à grande échelle, qui est un des enjeux pour les développements futurs d'applications et l'utilisation du nanotube comme nanomatériau. La dernière partie de l'exposé sera consacré aux propriétés extraordinaires de ces objets de façon à montrer l'intérêt unique que ces objets présentent aussi bien pour les sciences fondamentales que pour les applications. Concernant le développement d'applications potentielles, je m'efforcerai de mettre en relief les défis à relever pour passer de l'objet de laboratoire au nanomatériau et à son utilisation à une échelle macroscopique.
Mot(s) clés libre(s) : cristal de carbone, fullerène, graphite, nanoélectronique, nanomatériaux, nanotube, structure tubulaire

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

Les nanotubes de carbone et leurs applications potentiellesGénériqueP. Bernier GDPC - CNRS - Montpellier USTL TV SEMM
Mot(s) clés libre(s) : cristal de carbone, fullerène, graphite, nanoélectronique, nanomatériaux, nanotube, structure tubulaire

Pour mettre en oeuvre les nanotechnologies, il faut imaginer des procédés permettant d'organiser, de structurer la matière à l'échelle nanométrique - c'est-à-dire à des échelles comprises entre 1 et 100 nanomètres. C'est à cet aspect Matériaux des nanotechnologies que la conférence de ce soir sera consacrée. Pourquoi des nano-matériaux ? ; comment les élaborer ? Pourquoi les propriétés de la matière changent elles quand elle est hétérogène à des échelles inférieures à 100 nm ? Les effets sont souvent spectaculaires : les métaux peuvent devenir transparents et prendre des couleurs vives, les vitrocéramiques (qui sont des nano-composites verre-cristal) possèdent des propriétés mécaniques et thermiques bien supérieures à celles du verre homogène de même composition. Les explications physiques de ces phénomènes sont connues ; elles font en général appel à des dimensions caractéristiques bien identifiées. Comment procéder pour obtenir ces matériaux nano-structurés? Si de nombreuses voies sont explorées aujourd'hui dans les laboratoires de recherche, peu parmi elles seront compatibles avec les contraintes économiques pesant sur les coûts de production. On sera probablement conduit à privilégier les voies d'élaboration basées sur l'auto-organisation de la matière, prenant exemple sur les matériaux naturels qui sont bien souvent eux-mêmes nano-structurés. Quelques exemples de nanomatériaux bio-inspirés seront présentés.
Mot(s) clés libre(s) : matériaux hybrides, matériaux intelligents, nanomatériaux, nanotechnologies, recherche industrielle, science des matériaux, solide nanostructuré

La démarche biomimétique ne date pas d'hier. Que l'on pense à la Chauve-Souris, premier prototype de Clément Ader ! Pour être fructueuse, elle doit passer par une compréhension complète - et critique - du fonctionnement de la structure dont on souhaite s'inspirer. Pourquoi la nature a-t-elle privilégié cette solution là pour résoudre ce problème ci, compte tenu des moyens à sa disposition : matières premières, conditions de température et de pression dans l'environnement, … ? Dans le domaine des matériaux, répondre à cette question requiert une caractérisation en profondeur de la structure du matériau considéré. Cette caractérisation doit en général se faire à de nombreuses échelles, du macroscopique au nanométrique. En effet, les matériaux du monde vivant proposent de magnifiques exemples de structures hiérarchiques et sont souvent des nanomatériaux représentatifs. On peut décomposer la démarche biomimétique en trois étapes : 1) l'identification : repérage d'un matériau du vivant présentant une propriété intéressante, 2) la compréhension : sur la base de la connaissance de la structure, comment la propriété en question s'exprime t-elle ? 3) le contretypage, en utilisant des moyens qui sont en général différents des moyens naturels. En effet, les chimistes possèdent des recettes bien plus variées, souvent plus efficientes, que les voies de synthèse naturelles. A titre d'exemple, on verra pourquoi les feuilles de nénuphar servent de modèle à des nouveaux vitrages qui préservent la vision sous la pluie, comment la structure des ailes de papillons inspirent les concepteurs de matériaux aux couleurs chatoyantes, et en quoi les coquilles de mollusques ou de noix fournissent des pistes pour la recherche de matériaux composites très résistants sur le plan mécanique.
Mot(s) clés libre(s) : biomimétisme, matériau composite, matériau naturel, monde vivant, nanomatériaux, science des matériaux, structure chimique, synthèse