Introduction aux nanotechnologies

J’ai eu l’opportunité de voir plusieurs petits films du CNRS sur les nanotechnologies. Bien sûr, le centre de recherche est plutôt favorable à l’exploration de ce nouveau domaine. Je vais vous résumer ces films et ainsi vous expliquer et analyser ce que sont les nanotechnologies, avec un peu de physique quantique ( !), de nouveaux outils, les premières applications, les premières commercialisations et enfin une analyse des impacts potentiels, positifs comme négatifs.

Pour ce premier article sur le sujet, un peu de blabla scientifique pour ceux qui arrivent à suivre. Qui dit nanotechnologie dit technologie nanométrique, c’est-à-dire un milliardième (10^-9) de mètre. On est dans l’ordre de grandeur d’un atome. C’est Richard Feynman qui a lancé l’idée en 1959 d’explorer l’infiniment petit. Tout commence avec l’invention du transistor (composant électronique utilisé principalement comme interrupteur commandé et pour l’amplification) en 1947, qui a été la base du circuit intégré (1958), qui fut ensuite miniaturisé et qui l’est toujours de plus en plus. En 1972, le premier microprocesseur (circuit intégré qui est au cœur du fonctionnement de nos ordinateurs) est commercialisé. En parallèle, le microscope électronique, créé en 1931, évolue. Ces avancées dans le domaine de l’électricité donnent naissance aux recherches au niveau nanométrique.

Au niveau de l’atome se mêlent électricité, chimie, biologie et physique quantique. En physique quantique, on a à faire ni à une onde, ni à un corpuscule, mais les deux phénomènes, ondulatoire et corpusculaire, peuvent se manifester. Ainsi, il y a échange d’énergie entre matière et lumière (cf. Planck, Einstein). Si on compare un atome au système solaire, le noyau de l’atome est le soleil, et les électrons qui gravitent autour sont les planètes. Sauf que pour un atome, ce ne sont pas des forces gravitationnelles mais électriques qui maintiennent les électrons en « orbite ». Quand un électron perd de l’énergie, il perd un photon, c’est-à-dire qu’il libère de la lumière (cf. Bohr). Son orbite est ainsi modifiée.

La position des électrons par rapport au noyau détermine les caractéristiques chimiques de l’atome. Il est possible de mesurer la probabilité de position d’un électron et de déterminer (mécanique quantique) son état physique, sa vitesse par exemple mais aussi son « spin » (sorte de rotation sur lui-même) qui se présente sous 3 états : positif, négatif, ou la superposition des deux (superposition de deux états : chat de Schrödinger, mort ou vivant ?). Mais l’environnement empêche cet état de superposition. En contrôlant ces particules, on peut influer au niveau de l’atome des caractéristiques qui sont bien différentes de celles du monde micro ou macroscopique. Il est possible de changer la couleur ou le goût d’un matériau par exemple.

Ces modifications sont possibles grâce à des outils : les microscopes quantiques. Ils permettent d’étudier une surface au nanomètre près et d’agir sur les atomes. Un type de sonde utilisé (sonde à effet tunnel) permet de voir et d’agir sur un atome. Ceci doit être réalisé dans des conditions de pression et de température souvent très particulières (vidéo sur le microscope à effet tunnel). Mais pour certains matériaux (or, graphite…) il est possible de travailler dans l’air ambiant et avec une sonde moins précise.

Les sondes à force atomique (une pointe au bout d’un levier balaie la surface en mesurant la force) sont par exemple utilisées en médecine. On verra qu’on peut s’implanter un mini laboratoire dans le corps. Peut-être pourra-t-on modifier ou même contrôler l’activité cérébrale ? Comme toute nouvelle technologie, du recul est nécessaire pour connaître tous les impacts. Ainsi aujourd’hui il n’y a plus de plomb dans l’essence ou d’amiante dans les murs. Mais alors, va-t-on soigner Alzheimer ou créer de nouvelles maladies ? Suite au prochain épisode.