Nanotechnologies : quelques exemples d’applications

nanotechnologies, et de vous montrer qu’en fait, ce n’était pas une technologie en tant que telle, mais plutôt un ensemble d’applications très diverses de techniques existantes, dont le seul point commun était qu’elles étaient appliquées à une échelle
infinitésimale de la matière - l’échelle nanométrique-, à partir de laquelle des propriétés nouvelles et inattendues des matériaux se manifestent.

En voici quelques exemples :

Tout d’abord, les nanotubes de carbone qui sont des assemblages d’atomes de carbone en forme de tube hexagonal de 2 à 100 nanométres de diamètre et de longueur de l’ordre du Micron. Très légers et résistants à la rupture, très souples aussi, ils peuvent se comporter comme un métal, mais aussi comme un semi conducteur et ont des propriétés mécaniques, optiques ou chimiques très particulières. Ils peuvent être mono- ou multiparois, selon que les enroulements sont d’une seule couche de carbone, de plusieurs, ou d’une couche de carbone renforcée d’une couche d’un autre matériau. Ils sont d’une telle compacité et d’une telle souplesse qu’en repliant sur lui-même un nanotube de carbone de la longueur de la terre à la lune, on n’arrive qu’à un volume de la taille d’un pépin d’orange ! Ce matériau est cent fois plus résistant et six fois plus léger que l’acier, il a une conductivité thermique comparable à celle du diamant, et c’est le meilleur émetteur à effet de champ connu.

Il peut être utilisé pour justement des dispositifs à effet de champ, c’est-à-dire des écrans plats vidéo qui deviennent souples dans ce cas-là (www.billaut.typepad.com), des applications en microélectronique en alternative à la technologie du silicium, des capteurs, comme renfort mécanique dans des matériaux composites, ou pour le stockage d’énergie sous forme d’hydrogène adsorbé sur le carbone, des agrégats semi-conducteurs avec du silicium. Le champ d’application en est donc immense, et à inventer.

Dans le cadre de la santé, la manière d’administrer les médicaments est une technique qui suscite beaucoup de travaux, car amener le médicament au plus prés possible de son site d’action (ce qu’on appelle la vectorisation) améliore grandement son efficacité. On travaille donc sur la mise au point de nanocapsules ou nanosphères qui puissent remplacer les médicaments classiques par voie orale. Car la voie orale nécessite que le médicament franchisse la barrière de la paroi stomacale, ce qui en diminue l’efficacité. Ces vecteurs de taille nanométrique passeront par voie intraveineuse, et iront directement se fixer sur les cellules ciblées.

Toujours dans le domaine de la santé, une activité très en vue est le "lab on chip", c’est-à-dire le laboratoire d’analyse de taille nanométrique, qui permet de faire des analyses complètes de sang ou de salive sur une microplaquette.

Dans le cadre de l’environnement, on pourra éventuellement fabriquer des membranes de filtration nanométriques, auxquelles on peut donner des propriétés chimiques particulières (oxydantes par exemple). L’application visée est la purification de l’eau.

L’autre application phare pour l’environnement, mais aussi pour la chimie, est l’amélioration des procédés de catalyse des réactions chimiques. La catalyse est un phénomène chimique qui permet de provoquer une réaction entre deux composés chimiques qui ne se produirait pas, ou mal, naturellement, en passant par une réaction intermédiaire avec un autre composé chimique totalement indépendant, le catalyseur. Les catalyseurs sont souvent des composés métalliques(platine, palladium) pulvérulents, de grande surface active. L’accès de ces catalyseurs à l’échelle nanométrique va les rendre incroyablement plus réactifs et efficaces. Les applications envisagées sont dans le domaine de l’environnement (pots catalytiques) ou dans la chimie.

Enfin, l’électronique est un secteur où l’échelle nanométrique est l’étape suivante dans le domaine de l’infiniment petit, domaine de cette industrie. Cette échelle permettra de continuer l’incroyable accroissement des puissances des processeurs et des mémoires, qui a permis le déferlement de ses applications vers la vie courante. Les microprocesseurs Pentium et autres n’ont pas cessé de monter en puissance et de diminuer en taille, au point qu’on arrive à une miniaturisation et à une densification de transistors effarantes dans les derniers processeurs. Aller au-delà veut dire entrer dans le domaine du nanométrique. Mais ce changement d’échelle va se traduire par une remodelage complet de
l’architecture des circuits électroniques.

Le premier composant, brique élémentaire des processeurs ou des systèmes de stockage d’information actuels, est le transistor MOS, qui sert à moduler la courant qui le parcourt. Des travaux sont en cours pour le miniaturiser jusqu’au niveau du seul électron, en particulier dans le programme européen NanoCMOS.

Autre application des nanotechnologies, l’utilisation de nanofils (de silicium par exemple), ou de nanotubes pour remplacer diodes et transistors. Le cœur de
l’électronique et de l’informatique, qui est le passage ou non de courant qui matérialise les nombres zéro et un, serait remplacé par l’utilisation d’une molécule particulière, qui prendrait deux formes différentes suivant qu’elle serait soumise ou non à telle ou telle forme d’excitation.

Enfin, l’optique elle-même sera affectée par les nanotechnologies. L’utilisation de nanomiroirs permettra la division des signaux lumineux un grand nombre de fois sans perte d’énergie. Les "cages à lumières" sont une autre des pistes sur lesquelles les chercheurs travaillent. Les applications visent à réaliser des systèmes d’éclairage beaucoup plus performants que nos lampes actuelles, et énergétiquement plus efficaces (28 pct au lieu de 3/4 pct). Autre piste, l’amélioration considérable de l’imagerie, c’est-à-dire des microscopes, télescopes et bientôt nanoscopes !

Voilà pour ces exemples d’applications .A suivre dans un message prochain.