Nanosciences et Nanotechnologies

Qu’est ce qu’un nanomètre ? Le Nanomonde

Structuring with single atomsSource: Institut f.r Experimentelle und Angewandte Physik, Universit.t Kiel

Plan de l’exposé

Qu’est ce que le nanomètre? Qu’est ce que le nano-monde?Contexte scientifique et technique

Nanosciences et nanotechnologies dans le monde

Nanosciences et nanotechnologies : quelles retombées?Quelques exemples

Echelle du Nanomonde

0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 m 10 m 100 m 1 mm 1 cm 10 cm 1 m

Les grandes étapes de la technologie et de l’industrie

Pré

cis

ion

des p

rocéd

és (

en

m

) 1000

1

0,001

1800 1900 2000

Définition du nano-objetUne dimension au moins

est nanomètrique

Ex: boites quantiques,molécules…..

Contrôle à l’échelle du mmPremière révolution industrielle à la fin du XIXème Siècle

Drilling machine of Wilkinson (1774)1270 mm hole with accuracyof 1 mm

Contrôle à l’échelle du mDéveloppement de la microélectronique au

milieu du XXème siècle

Contrôle à l’échelle du nmTroisième révolution industrielle au début

du XXIème siècle?Jack Kilby first integrated circuit (1958)

Nanotubes de carbone

Années

Invention du circuit intégré

Inventé en 1958 par Jack Kilby (en fait technologie planaire)(prix nobel en 2000)

Evolution des calculateurs

Pentium 4

2000

50.000.000 transistors

puce de 2cm*2cm*1mm

boîtier 5cm*5cm*1cmqq. 100 connexions

Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication

Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication

Chiffres d’affaire comparés

transistor

Contexte scientifique et technique

Deux approches convergentes :

L’approche « top-down »

Celle de la microélectronique

Réalisation de composants nouveaux, présentant des effets physiques nouveaux et propriétés nouvelles, spécifiquement liés à leur taille nanométrique.

(ex: têtes de lecture à magnétorésistance géante, nanotubes pour écrans plats…)

L’approche « bottom-up »

Celle de la chimie et biologie

Ingénierie de molécules ayant des fonctionnalités nouvelles, auto-assemblage, biomimétisme

Biopuce à ADN

Puce

1 m

100 mm

10 mm

1 mm

100 µm

10 µm

1 µm

100 nm

10 nm

1 nm

0,1 nm

Source : Pour la Science - 2001

Nanosciences et NanotechnologiesChimie et matériaux

Source : Pour la Science - 2001

Contrôle à l’échelle de l’atome

Nanosciences et NanotechnologiesChimie et matériaux

Une croissance sans précédent des budgets consacrés aux nanosciences et nanotechnologies aux États-Unis,

au Japon, en Europe.

2001 2002 2003 2004

270 M$

422 M$

604 M$

710 M$

245 M$

465 M$

750 M$

1000 M$

200 M$

225 M$

400 M$

850 M$

Etats-Unis Japon Europe

Nanosciences et Nanotechnologies dans le monde

Worldwide public and private expenditures in 2004 for Nanosciences and

Nanotechnologies

Eu absolute public expenditure in 2004

(Nanosciences and Nanotechnologies)

• Nanosciences: étude fondamentale des propriétés des nano-objets, nanostructures, nanosystèmes et des phénomènes nouveaux observés à l’échelle atomique ou moléculaire

• Nanotechnologies: utilisation et contrôle à l’échelle nanométrique de ces propriétés en vue d’applications spécifiques

Domaine en croissance rapide

Nanosciences et Nanotechnologies dans le monde

Publications

Brevets

1990 2002

3000

21000

De 1996 à 2001 : 90000 publications

21% Autres

13% J apon26% USA

40% Europe

1990 2002

300

1800

De 1996 à 2001 : 5000 brevets

11% Autres

6% J apon

43% USA

40% Europe

BibliometryNano-objects & Nano-materials - Publications

(2000-2004)

7056

4706

3701

2774

18251344

991

395 343 234

Germ

any

Fra

nce UK

Italy

Spain

Neth

erl

ands

Isra

el

Fin

land

Aust

ria

Slo

vakia

Total

Bibliometry

Nano-biosciences - Publications (2000-2004)

995

589

370

229 191107 90 57

13

602

Germ

any

UK

Fra

nce

Italy

Spain

Neth

erl

ands

Isra

el

Aust

ria

Fin

land

Slo

vakia

Total

Nano-biosciences- Publications (2000-2004)

Materiaux(matériaux

nanostructurés, matériaux composites, matériaux chargés, catalyseurs...)

Nanosciences et NanotechnologiesQuelles applications?

Electronique et communication

(réduction des tailles et augmentation de la puissance de calcul, écrans plats...)

Développement durable(nanosources d’énergie,

traitement de l’eau & nanofiltres...)

Pharmaceutique, biotechnologie,

santé (thérapie cellulaire, diagnostic in

vivo, domotique, biopuces...)

Automobile, aéronautique et espace(peinture insalissable, plastiques

ininflammables, verres auto-nettoyantstextiles autoréparables, capteurs, matériaux résistants et légers...)

Défense et Sécurité(détecteurs et correcteurs

d'agents chimiques et biologiques …)

Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication

Mémoires haute densitéEnregistrement de données avec des médias utilisant les nanocouches et les points quantiques, spintronique, …

Dispositifs rapidesVitesses de traitement et capacités d'enregistrement accrues et moins coûteuses…

Nouvelles architectures de circuitsDispositifs nanofabriqués, circuits hybrides, nano-opto-électronique, circuits de plus grande densité d’intégration et plus faible dissipation thermique… Nouveaux protocoles de

communicationCryptograhie quantique, technologie sans fil…

Nouveaux dispositifsÉcrans plats, spintronique, électronique moléculaire…

Transistor moléculaire hybride, obtenu en déposant par peignage moléculaire un nanotube de carbone sur un circuit à 4 électrodes séparées par 100 nm. L'objectif de cette recherche est de réaliser des nano-composants électroniques utilisant un seul nanotube de carbone.

CNRS Photothèque / ONDARÇUHU, Thierry

Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication

Source : Pour la Science - 2001

Nanotubes de carbone

Source : Pour la Science - 2001

Guides optiques

Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication

IRCOM LPN-CNRS

6 microns

LPN-CNRS

Nanosources photoniques

Nanosystémes photonique

© S. David/CNRS Photothèque

Nanosciences et NanotechnologiesPharmaceutique, biotechnologique,

santé Nanobiomatériaux et nanomatériaux biomimétiquesBiomolécules uniques et assemblages biomoléculaires, matériaux de remplacement biocompatibles…

Compréhension du monde vivantAnalyse de processus à l’échelle nanométrique in vivo, utilisation de nanoparticules fonctionnalisées et ciblables, de nanosondes,...

Manipulation et nano-fluidiqueNano-instrumentation, nanovecteurs biomoléculaires, nanocapteurs,…

Source : Pour la Science - 2001

Nanosciences et NanotechnologiesPharmaceutique, biotechnologique,

santé

Nanosciences et NanotechnologiesPharmaceutique, biotechnologique,

santé

Source : M. Dahan - LKB

Image de récepteurs de la glycine dans des neurones

Réseau de nanotubes issus d’une vésicule géante en microscopie de fluorescence.

Les Nanosciences et les Nanotechnologies caractère pluridisciplinaire et fédérateur très marqué

Des compétences Pluridisciplinaires

Des installations techniques d’élaboration et de

caractérisation

salles blanches, plates-formes Technologiques

© CNRS Photothèque / Jérôme Chatin

Physique

Chimie

Biologie

Métrologie

Modélisation multi-phénomèness à plusieurs échelles

Traitement du signal

Architectures

…….

Contexte scientifique et technique

Questions en lien avec le développement des nanosciences et des nanotechnologies

• L’utilisation de nano-objets, nanocomposants, nanosystèmes est à l’origine de réflexions nouvelles sur la mesure, la définition de normes.

• Le développement des nanosciences et des nanotechnologies soulève un certain nombre de questions, d’ordre éthique ou sociétal.

Extrait de Nanosciences : nouvel âge d'or ou apocalypse ?L. Laurent et J.-C. Petit du Drecam.

Contexte scientifique et technique