As it is illustrated by the progress in the area of microcomputers, technological progress recently accomplished, occurs at scales which become smaller and smaller. Nanotechnologies operate at a scale which is close to one nanometer (10-9 m), not far from atomic scales, which correspond to an Angström (10 -10 m). At such a scale materials present frequently properties which are different from those observed at a macroscopic scale. At the atomic scale, quantic phenomena occur, currently used in many applications such as lasers, atomic clocks or electroluminescent diods. Nanotechnologies progress mainly through a top-down evolution, which has made possible an increase of the number of transistors on a chip from a few millions thirty years ago, to more than one billion in 2010. The bottom-up evolution operates by assembling atoms. It seems promising, but at the time being applications remain limited. The possibility of creating auto-replicating nano-robots imagined by Eric Drexler ins 1986, remains science-fiction. Still, manipulations of viruses at similar scales remain dangerous. Risks associated with nanotechnologies have been pointed out. They have to be asssessed carefully, but should not prevent future progress.Comme l’illustre le cas de la micro-informatique, les principaux progrès technologiques accomplis récemment se situent à des échelles de plus en plus réduites. On a qualifié de nanotechnologies, toutes les technologies qui opèrent à une échelle proche du nanomètre (10-9 m). On est alors proche des échelles atomiques, qui se situent au niveau de l’Angström (10 -10 m). A l’échelle du nanomètre ou de la dizaine de nanomètres les matériaux présentent fréquemment des propriétés différentes de celles qui sont observées à l’échelle macroscopique. En outre à cette échelle, on observe des structures spécifiques de la matière, qui peuvent conduire à des performances particulièrement élevées.
On peut notamment réaliser des
nanotubes de carbone de 1,5 nm de diamètre, qui présentent une résistance à la
traction extrêmement élevée. Ils possèdent également des propriétés
électriques, chimiques et optiques très spécifiques, qui sont intéressantes
pour de nombreuses applications.
A l’échelle atomique
interviennent des phénomènes quantiques, qui sont largement exploités dès à
présent dans de nombreuses applications, telles que lasers, horloges atomiques
ou diodes électroluminescentes. L’électronique des semi-conducteurs, qui fait
appel à des mécanismes quantiques, joue un rôle essentiel pour la technologie
des ordinateurs et des téléphones portables, de la télécommunication à
haut-débit, des lecteurs de CD et de codes-barres[1]
Une deuxième voie, dite
« ascendante » (bottom-up),
consiste à assembler des objets à échelle atomique, en déplaçant les atomes un
par un. Cette voie à été ouverte par la mise au point de microscopes permettant
d’explorer la matière à l’échelle atomique, le microscope à effet tunnel et le
microscope à force atomique[2].
Ces instruments permettent d’observer et de manipuler des nanostructures à
l’échelle atomique. On a pu ainsi réaliser des nano-assemblages et même des
nano-machines. Les applications restent pour le moment limitées Les recherches
dans ce domaine s’appuient sur la simulation moléculaire, domaine en pleine
croissance, qui permet de guider les nouveaux développements dans le domaine
des nanotechnologies.
La possibilité de mettre au point des nano-robots capables de
s’auto-répliquer a été imaginée par Eric Drexler dès 1986. Il faisait ressortir
les risques d’une telle situation, au cas où le phénomène d’autoréplication
deviendrait incontrôlé[3].
Ce scénario relève pour le moment de la science-fiction, tout au moins pour des
assemblages réalisés à partir d’atomes individuels. Par contre les
manipulations sur les virus à une échelle comparable, comportent certainement
un tel risque et doivent être surveillées de très prés.
Les applications des nanotechnologies sont très nombreuses et concernent
les secteurs de la santé, de l’alimentation, de la chimie, de l’énergie, des
matériaux et de l’électronique. Les nanoparticules trouvent des débouchés dans
le secteur médical mais aussi dans le secteur alimentaire ainsi que dans celui
des cosmétiques Elles peuvent être associées
avec des molécules ou des structures biologiques. En contrôlant l’état de
surface d’un matériau à l’échelle nanométrique, il est possible de modifier ses
propriétés pour lui conférer par exemple des propriétés catalytiques ou
électriques, qui peuvent être utiles pour certaines applications. On espère
ainsi développer des batteries plus performantes en utilisant des électrodes
dont la surface est nano-structurée ou encore réaliser des capteurs
photovoltaïques plus performants et de coût réduit.
Les risques liés à l’inhalation
de nanoparticules ont suscité des craintes. Des précautions doivent être
prises, mais il ne s’agit pas pour autant de mettre en cause l’ensemble du
domaine. L’utilisation de nanotechnologies ne semble pas représenter un risque
en soi. Sinon, il faudrait s’abstenir de manipuler la plupart des objets qui
nous entourent à présent, que ce soient les micro-ordinateurs, les téléphones
mobiles ou les lecteurs de disques CD.
[1]
Michel Le Bellac- Préface d’Alain Aspect, Le
monde quantique, Collection « Une introduction à », EDP Sciences,
2010
[2]
Douglas A.Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman, Principes d’une analyse instrumentale, de Boeck, 2003
[3] K.Eric Drexler, Foreword by Marvin
Minsky, Engines of creation- The coming
era of nanotechnology, Doubleday, 186, traduction française : Engins de création, l’avénement des
nanotechnologies, Vuibert, 2005
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