I. Le nano-monde. II. Les outils technologiques. III. Propriétés. IV. Applications. V. Enjeux
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- Angèle Ledoux
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1 I. Le nano-monde II. Les outils technologiques III. Propriétés IV. Applications V. Enjeux
2 I. Le nano-monde Échelle de l'atome : -9 1 nm =10 m = 1 mm / 1000 / 1000 = C-60
3 I. Le nano-monde Échelle de l'atome : -9 1 nm =10 m = 1 mm / 1000 / 1000 = C-60
4 I. Le nano-monde Échelle de l'atome : -9 1 nm =10 m = 1 mm / 1000 / 1000 R. Feynman, 1959, «Il y a de la place en bas» = C-60
5 Histoire d'une révolution d'origine technologique Nano-objets : bleu d'égypte (métal et céramique), métaux (gaulois, défauts du bronze), vases romains (Cu), noir de carbone (C)
6 Histoire d'une révolution d'origine technologique Nano-objets : bleu d'égypte (métal et céramique), métaux (gaulois, défauts du bronze), vases romains (Cu), noir de carbone (C) Observation et manipulation : 1981 : microscope à effet tunnel
7 Histoire d'une révolution d'origine technologique Nano-objets : bleu d'égypte (métal et céramique), métaux (gaulois, défauts du bronze), vases romains (Cu), noir de carbone (C) Observation et manipulation : 1981 : microscope à effet tunnel Synthèse : 1985 : carbone C 60
8 Histoire d'une révolution d'origine technologique Nano-objets : bleu d'égypte (métal et céramique), métaux (gaulois, défauts du bronze), vases romains (Cu), noir de carbone (C) Observation et manipulation : 1981 : microscope à effet tunnel Synthèse : 1985 : carbone C 60 Utilisation : 1988 : électronique de spin (A. Fert, Nobel 07)
9 Histoire d'une révolution d'origine technologique Nano-objets : bleu d'égypte (métal et céramique), métaux (gaulois, défauts du bronze), vases romains (Cu), noir de carbone (C) Observation et manipulation : 1981 : microscope à effet tunnel Synthèse : 1985 : carbone C 60 Utilisation : 1988 : électronique de spin (A. Fert, Nobel 07) Révolution quantitative Label «Nano» : Effet d'aubaine % recherche de crédits
10 Les nano-objets Nanoparticules : agrégats C60, TiO2, Au
11 Les nano-objets Nanoparticules : agrégats C60, TiO2, Au Nanocristaux : SiGe, Au, InGaAs
12 Les nano-objets Nanoparticules : agrégats C60, TiO2, Au Nanocristaux : SiGe, Au, InGaAs Nanotubes : C
13 Les nano-objets Nanoparticules : agrégats C60, TiO2, Au Nanocristaux : SiGe, Au, InGaAs Nanotubes : C Machines moléculaires
14 Les nano-objets Nanoparticules : agrégats C60, TiO2, Au Nanocristaux : SiGe, Au, InGaAs Nanotubes : C Machines moléculaires Films nanostructurés
15 II. Les outils technologiques Microscope à effet tunnel Mécanique quantique effet tunnel :
16 II. Les outils technologiques Microscope à effet tunnel Mécanique quantique effet tunnel : Dualité onde/corpuscule : onde de de Broglie
17 II. Les outils technologiques Microscope à effet tunnel Mécanique quantique effet tunnel : Dualité onde/corpuscule : onde de de Broglie Passage de courant à travers le vide
18 II. Les outils technologiques Microscope à effet tunnel Mécanique quantique effet tunnel : Dualité onde/corpuscule : onde de de Broglie Passage de courant à travers le vide Imagerie : CHREA, Si 111 (7x7) SiGe
19 II. Les outils technologiques Microscope à effet tunnel Mécanique quantique effet tunnel : Dualité onde/corpuscule : onde de de Broglie Passage de courant à travers le vide Imagerie : CHREA, Si 111 (7x7) Manipulation : déplacer les atomes un par un! SiGe
20 Epitaxie par jet moléculaire Salle blanche, ultra-vide F
21 Epitaxie par jet moléculaire Salle blanche, ultra-vide F
22 Epitaxie par jet moléculaire Salle blanche, ultra-vide Photolithographie 1. altérer une résine à travers un masque 2. gravure soustractive
23 Epitaxie par jet moléculaire Salle blanche, ultra-vide Photolithographie 1. altérer une résine à travers un masque 2. gravure soustractive Gravure
24 III. Propriétés électroniques, optiques,... Transistors Base de la micro-informatique (1947) «loi» de Moore : densité de transistors double tous les 2 ans...
25 III. Propriétés électroniques, optiques,... Transistors Base de la micro-informatique (1947) «loi» de Moore : densité de transistors double tous les 2 ans... jusqu'à quand??
26 III. Propriétés électroniques, optiques,... Transistors Base de la micro-informatique (1947) «loi» de Moore : densité de transistors double tous les 2 ans... jusqu'à quand?? CMOS : Nvidia : 3 milliards de transistors
27 III. Propriétés électroniques, optiques,... Transistors Base de la micro-informatique (1947) «loi» de Moore : densité de transistors double tous les 2 ans... jusqu'à quand?? CMOS : Nvidia : 3 milliards de transistors Réduction de taille effets quantiques
28 III. Propriétés électroniques, optiques,... Transistors Base de la micro-informatique (1947) «loi» de Moore : densité de transistors double tous les 2 ans... jusqu'à quand?? CMOS : Nvidia : 3 milliards de transistors Réduction de taille effets quantiques Alternatives : mémoires à nanocristaux, etc.
29 Spintronique Résistance magnétique géante (lecture des disques durs)
30 Spintronique Résistance magnétique géante (lecture des disques durs) Courant tunnel fonction aimantation locale (mémoires MRAM)
31 Spintronique Résistance magnétique géante (lecture des disques durs) Courant tunnel fonction aimantation locale (mémoires MRAM) Puits et boîtes quantiques Quantification due au confinement : cf résonance d'une corde vibrante à l'échelle atomique
32 Spintronique Résistance magnétique géante (lecture des disques durs) Courant tunnel fonction aimantation locale (mémoires MRAM) Puits et boîtes quantiques Quantification due au confinement : cf résonance d'une corde vibrante à l'échelle atomique - diode laser (laser bleu...) - diode électro-luminescente (blanc, puissance...) - phototovoltaïque (rendement, spectre...)
33 Milieux nanostructurés et optique Cavités nanostructurées : amplification et sélection laser, directionalité
34 Milieux nanostructurés et optique Cavités nanostructurées : amplification et sélection laser, directionalité Cristaux photoniques : - guide ou piège de la lumière - indices négatifs, cape d'invisibilité...
35 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution
36 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED)
37 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures
38 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet)
39 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet) Vitrage autonettoyant : pellicule de TiO2 : réaction photocatalytique UV solaires
40 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet) Vitrage autonettoyant : pellicule de TiO2 : réaction photocatalytique UV solaires Carburant : CeO2 catalyseur de combustion (diesel...), catalyse (Pt, Au, Pd, Ni)
41 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet) Vitrage autonettoyant : pellicule de TiO2 : réaction photocatalytique UV solaires Carburant : CeO2 catalyseur de combustion (diesel...), catalyse (Pt, Au, Pd, Ni) Vêtements : anti-tâche (effet lotus), anti-odeur (Ag)
42 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet) Vitrage autonettoyant : pellicule de TiO2 : réaction photocatalytique UV solaires Carburant : CeO2 catalyseur de combustion (diesel...), catalyse (Pt, Au, Pd, Ni) Vêtements : anti-tâche (effet lotus), anti-odeur (Ag) Nourriture : Ag (biocide) dans emballages
43 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet) Vitrage autonettoyant : pellicule de TiO2 : réaction photocatalytique UV solaires Carburant : CeO2 catalyseur de combustion (diesel...), catalyse (Pt, Au, Pd, Ni) Vêtements : anti-tâche (effet lotus), anti-odeur (Ag) Nourriture : Ag (biocide) dans emballages Peintures : ZnO (écran UV)
44 IV. Applications... Vie quotidienne Électronique : - microprocesseurs (informatique, communication,...) - mémoires (lecture, stockage,...) - téléphone portable, internet, écran plat, haut débit, haute résolution Photonique : - diodes laser, électroluminescentes (LED) Pneumatiques : nanocomposite : nanoparticules de C pour éviter les fissures Cosmétique : nanoparticules TiO2 (crèmes solaires UV) nanocristaux BiOCl (crème anti-reflet) Vitrage autonettoyant : pellicule de TiO2 : réaction photocatalytique UV solaires Carburant : CeO2 catalyseur de combustion (diesel...), catalyse (Pt, Au, Pd, Ni) Vêtements : anti-tâche (effet lotus), anti-odeur (Ag) Nourriture : Ag (biocide) dans emballages Peintures : ZnO (écran UV) Mécanique : nanotube de C 100 x plus résistant que l'acier et 6 x plus léger dans résine : pâles pour l'éolien, cadres de vélo
45 Médical - vectorisation du médicament sur le marché ~30 produits : antiviraux, anticancéreux 1ère génération : liposomes cibles des macrophage du foie 3ème génération : spécifique à la cible
46 Médical - vectorisation du médicament sur le marché ~30 produits : antiviraux, anticancéreux 1ère génération : liposomes cibles des macrophage du foie 3ème génération : spécifique à la cible - diagnostique : puces à ADN Excitation laser vert Excitation laser rouge Gêne présent Gêne absent Gêne 2 fois exprimé
47 V. Enjeux de société... - Ambition industrielle et enjeux économiques Nouvelle révolution industrielle? Soutien public (PCRD, national, Pnano, Cnano, CEA Leti, Minatech...) R&D (1/2, 1/2) Investissements : 1er USA (1.5 milliards $ 2008), France 8ème 1600 entreprises : STMicro (Croles, Rousset), Michelin, L'Oréal Thalès, St Gobain, Air Liquide...
48 V. Enjeux de société... - Ambition industrielle et enjeux économiques Nouvelle révolution industrielle? Soutien public (PCRD, national, Cnano, Pnano CEA Leti, Minatech...) R&D (1/2, 1/2) Investissements : 1er USA (1.5 milliards $ 2008), France 8ème 1600 entreprises : STMicro (Croles, Rousset), Michelin, L'Oréal Thalès, St Gobain, Air Liquide... - Éthique Miniaturisation du stockage de l'information (RFID) quelle finalité? qui a accès à l'information?
49 - Santé Voies d'entrée : respiratoires, cutanées, digestives Risques potentiels : composition chimique, taille, rapport surface/volume, rapport d'aspect (amiante) risques inflammatoires risques cancérogènes (noir de C)
50 - Santé Voies d'entrée : respiratoires, cutanées, digestives Risques potentiels : composition chimique, taille, rapport surface/volume, rapport d'aspect (amiante) risques inflammatoires risques cancérogènes (noir de C) Besoins en toxicologie Besoins en métrologie (masse, nombre ou surface)... Protection : chercheurs, travailleurs, consommateurs
51 - Santé Voies d'entrée : respiratoires, cutanées, digestives Risques potentiels : composition chimique, taille, rapport surface/volume, rapport d'aspect (amiante) risques inflammatoires risques cancérogènes (noir de C) Besoins en toxicologie Besoins en métrologie (masse, nombre ou surface)... Protection : chercheurs, travailleurs, consommateurs - Environnement Limitation de la pollution de l'environnement (filtration, élimination des rejets, stockage sécurisé, élimination des déchets) Fin de vie des nano-objets?
52 - Juridiques Quelles réglementations? REACH? Quelles responsabilités?
53 - Juridiques Quelles réglementations? REACH? Quelles responsabilités? - Démocratie et politique de recherche Approche gestion des risques à long terme? Avis contradictoires d'experts : principe de précaution ou prévention? Quelle indépendance de la recherche (cf médicaments)? Quelle liberté académique? (cf réformes de la recherche)
54 - Juridiques Quelles réglementations? REACH? Quelles responsabilités? - Démocratie et politique de recherche Approche gestion des risques à long terme? Avis contradictoires d'experts : principe de précaution ou prévention? Quelle indépendance de la recherche (cf médicaments)? Quelle liberté académique? (cf réformes de la recherche) Quelle utilisation de la technique? Qui décide? Experts/ industriels/ politiques/ citoyens? CES Organisation du débat national public Nano-jurys
55 Quelle utilisation de la technique? Qui décide (de l'entreprise au politique)? Révolution technologique, révolution scientifique, mais... «La question n était pas de savoir si quelqu un devait dire aux chercheurs ce qu ils doivent faire ou ne pas faire, mais de déterminer qui imposait ces limites et suivant quels critères.» Eric J. Hobsbawm, L âge des extrêmes, histoire du court XXe Siècle, 1994
56 Quelle utilisation de la technique? Qui décide (de l'entreprise au politique)? Révolution technologique, révolution scientifique, mais... «La question n était pas de savoir si quelqu un devait dire aux chercheurs ce qu ils doivent faire ou ne pas faire, mais de déterminer qui imposait ces limites et suivant quels critères.» Eric J. Hobsbawm, L âge des extrêmes, histoire du court XXe Siècle, 1994 «Science sans conscience n'est que ruine de l'âme.» Rabelais, Pantagruel, 1532
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