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- La médecine régénérative

- L’objectif de la médecine régénérative est de remplacer...

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Introduction aux nanotechnologies

Bien qu’il ait parfois été utilisé à des fins commerciales, le terme nano est avant tout une unité de mesure qui désigne le milliardième de mètre, soit 0,000000001 mètre… c’est très petit, mais tout de même un peu plus gros qu’un atome.

Pour donner une idée de l’échelle à laquelle on se situe, quelques rappels : une feuille de papier fait environ 100 000nm d’épaisseur, les globules rouges de notre sang font environ 7 000nm, un brin d’ADN mesure 2,5nm de large et un atome d’hydrogène a un diamètre moyen de 0,1nm.

À cette échelle nanoscopique, la matière va avoir un comportement différent de celui qu’on a l’habitude de rencontrer à notre échelle. Ainsi, grâce aux recherches en nanosciences, de nouvelles propriétés parfois inédites et de nouveau matériaux ont pu émerger ces dernières années. Bien entendu, la nature regorge depuis toujours de nanostructures mais la vraie révolution vient de notre capacité à fabriquer et à exploiter ces technologies à cette échelle du nanomètre où les frontières entre les disciplines telles que le physique, la chimie ou la biologie s’estompent. Cela implique que les scientifiques adoptent une vision commune et interdisciplinaire. Tout ceci contribue au fort engouement et aux espoirs portés envers cette « nouvelle » science et à l’émergence de tout un ensemble de nouvelles applications issues des nanotechnologies aujourd’hui et demain.

Cependant, comme tout développement technologique, les enjeux, qu’ils soient économiques, éthiques ou bien sanitaires sont importants et de nombreuses incertitudes demeurent.

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La microscopie

L’émergence des nanosciences et nanotechnologies doit beaucoup aux nombreux progrès réalisés dans le développement des techniques d’observation des dernières décennies.

Partons de notre œil, qui nous permet de discerner, un grain de sable, un cheveu, un fil d’araignée mais pas au delà, soit environ 20um.

Outre la loupe qui ne nous permet pas de grossir beaucoup, nous avons le microscope optique dont le principe est d’utiliser la lumière et un jeu de lentille afin d’obtenir le grossissement d’un objet. Il ne permet d’observer que des objets de l’ordre du micromètre, mais rien de nano.

Pour aller plus loin, on remplace la lumière et donc les petits grains de lumière qui la constitue et qu’on appelle photons par des électrons : c’est le principe du microscope électronique. Cet appareil consiste à venir bombarder l’objet qu’on souhaite observer avec des milliards d’électrons qui sont ensuite récupérés et permettent de reformer une image. Par cette technique, nous n’avons pas accès à la couleur de l’objet mais on peut observer des structures de l’ordre du nanomètre.

Pour atteindre véritablement le nanomonde voire même les atomes, il faut utiliser un autre type d’appareil, totalement révolutionnaire et fonctionnant selon un principe très différents de celui des microscopes cités précédemment. Cet appareil est le microscope à effet tunnel. Il utilise une pointe métallique extrêmement fine qui se déplace à quelques nanomètres de la surface et qui est donc capable de reconstituer une image en « effleurant » les uns après les autres les atomes qui composent cette surface. C’est l’invention de cet appareil en 1981 qui a véritablement marqué le commencement des nanosciences.

Changement de propriétés

A l’échelle nano, les propriétés de la matière changent, par rapport à l’échelle macro. C’est assez extraordinaire, mais en pratique, ça veut dire quoi ?

D’abord, il faut savoir que tout matériau a de multiples propriétés. Par exemple si on s’intéresse au comportement d’un matériau vis à vis de la lumière, on retrouve des propriétés telles que la transparence/opacité, la couleur, la luminosité, la brillance.

Ce qui rend les nanosciences si intéressantes, c’est le fait que ces propriétés vont être différentes selon qu’un même matériau est de taille macroscopique ou nanoscopique. Pour mieux comprendre, prenons un exemple. L’or pur que nous connaissons au travers des lingots et des bijoux est de couleur jaune. Si maintenant on considère cet or sous forme de nanoparticules de quelques dizaines de nanomètres, il va pouvoir prendre toute une palette de couleurs du rouge au marron en passant par le violet et le bleu et cette couleur sera principalement dépendante de sa taille et de sa forme.

De même, tout un ensemble d’autres propriétés vont se trouver modifiées en passant du macro au nano et ce sont ces nouvelles propriétés qui vont être étudiées en nanosciences puis exploitées pour des applications nanotechnologiques.

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- La couleur de l’or ?

- Depuis toujours, l’or fascine. Si je vous demande...

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Les aspects sociétaux

Comme la plupart des innovations scientifiques qui ont guidé notre évolution, les nanotechnologies n’échappent pas à la controverse et au débat.

Tout d’abord, les enjeux en terme d’économie des nanotechnologies sont nombreux. Les prévisions en terme d’emploi estiment que 2 à 10 millions de travailleurs seront concernés et le marché mondial est estimé à plusieurs milliers de milliards d’euros. La France est plutôt bien placée dans le domaine et finance notamment de nombreux projets de recherche dans cette thématique.
En ce qui concerne les enjeux éthiques et sanitaires les questions sont encore nombreuses afin de déterminer où, pourquoi et comment va t’on utiliser ces technologies, les préoccupations sont nombreuses.

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Conception de nanodispositifs

Si aujourd’hui on vous demande de fabriquer un petit objet. Votre premier réflexe sera de prendre un bloc de matière, par exemple du bois ou du métal et de venir le tailler, le graver, l’assembler afin de fabriquer le petit objet souhaité.

En nanotechnologies, le principe est le même. Cette technique qu’on associerait à celle d’un tailleur de pierre, est l’approche dite descendante (top-down en anglais). Par exemple, afin d’obtenir des nanoparticules, un matériau va être, déformé et/ou compacté jusqu’à le transformer en éléments nanométriques.

Dans le domaine de l’électronique et des systèmes, on fabrique des puces et des capteurs toujours plus petits également par cette approche. Ces nano dispositifs sont réalisés dans des salles spéciales dites « blanches » où l’environnement est très précisément contrôlé afin d’assurer des conditions de fabrication optimales. On y réalise différentes étapes technologiques de base qui consistent à déposer, imager et graver de la matière dans le but d’obtenir la structure nanoscopique finale attendue.

Même si cette approche descendante est aujourd’hui la plus répandue, une seconde approche émerge depuis quelques années : l’approche ascendante (ou bottom-up en anglais). Cette fois-ci, on exploite la méthode du maçon, qui assemble, brique après brique, les murs d’une maison. Dans cette approche, les briques de bases sont des atomes ou des molécules qui vont judicieusement s’assembler les unes avec les autres de sorte à former une nanostructure. On retrouve cette approche notamment dans le domaine de la nanochimie ou de la nanobiologie et tout simplement dans la nature !

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- La salle blanche ?

- Assez logiquement, lorsqu’on travaille dans le domaine des...

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