Nanotechnologie : la révolution invisible

ARTE avait récemment diffusé trois émissions qui parlaient des nanotechnologies. Technologies encore jeunes, à peine 30 ans, elles pourraient révolutionner profondément notre environnement dans un avenir proche.

 

Résumé de ARTE: Pour une planète plus verte
Aujourd’hui, les premières applications commencent à sortir des laboratoires : cristaux nanométriques permettant aux capteurs solaires d’occuper une place centrale dans notre production d’énergie, réduction des émissions polluantes qui empoisonnent l’air de nos villes par l’ajout de molécules à nos carburants, nanoparticules capables d’éliminer les polluants qui contaminent nos réserves d’eau potable…
Mais ces particules dont on connaît encore mal le "comportement" ne présentent-elles aucun danger ? Comment s’assurer qu'elles ne s'ajouteront au lourd héritage écologique laissé aux générations futures ?

Sur le plan écologique.  les propriétés qui s’expriment à l’échelle du millionième de mètre n’en finissent pas d’émerveiller les scientifiques. Initiées il y a une trentaine d’années, des recherches ont fait l’objet de gigantesques investissements dans les pays industrialisés. Les nanotechnologies ont ouvert un nouveau chapitre dans l’histoire des technologies : celui d’une miniaturisation qui confine à l’invisible. Nous n’en sommes pas nécessairement conscients, mais certains matériaux aux propriétés inimaginables, il y a encore quelques années ou des objets familiers dotés de fonctions inédites ont déjà fait leur entrée dans nos vies.

Mais ces particules dont on connaît encore mal le "comportement" ne présentent-elles aucun danger? Comment s’assurer qu'elles ne s'ajouteront au lourd héritage écologique laissé aux générations futures?

Des ordinateurs toujours plus petits et plus puissants ainsi que la prolifération de minuscules dispositifs électroniques communiquant en réseau pour commencer. Pour certains, ces évolutions technologiques devraient simplifier notre quotidien et rendre le monde plus sûr, plus efficace et plus confortable. Mais la vitesse à laquelle ces dispositifs s’insèrent dans nos sociétés et les modèlent suscite des inquiétudes.

On apprenait en début de semaine que des chercheurs de Sydney parvenaient à fixer un transistor sur un seul atome de phosphore.  Un processeur de la taille d'un ongle pourrait développer la puissance d'un supercalculateur. L'informatique quantique pourrait être en marche après une refonte complète des interfaces.

La loi de Moore pourrait, ainsi, être balayée.

A la clé, un marché de plusieurs milliers de milliards de dollars dans l'informatique mais aussi dans la médecine et l'agroalimentaire.

A l'échelle de l'atome, du millionième de millimètre (10 exposant -9 mètres), le but des nanotechnologies est de modifier la matière, atome par atome, pour construire des assemblages nouveaux avec des propriétés inimaginables at ainsi devenir plus résistants que l'acier, plus conducteurs... plus...

Dans le nano-monde, la matière ne réagit plus de la même façon. Les forces et les réactions y sont amplifiées.

Sous une tension de surface, les liquides prennent une forme de gelée puisque la gravité y est moindre et plus plane.

Sous de telles faibles masses, la force de Van der Waals supplante la force de gravité et agit sous les lois de la mécanique quantique ( Werner Heisenberg). En mouvement par l'agitation thermique, les atomes prennent des vitesses de l'ordre de 400 mètres par seconde.

L'effet tunnel, bizarrerie quantique, fait qu'une particule, face à un obstacle, peut très bien se trouver,  dans le même temps, en deçà ou au delà de ce mur. 

Cette bizarrerie existait depuis toujours dans la nature pour développer la vie et assurer la survie des êtres vivants. Les couleurs des plumes de paon, la feuille de lotus qui ne se mouille pas, le gecko qui se déplace au plafond, la solidité de la toile d'araignée sont des exemples à base de nano-particules. 

Les Égyptiens du Vème siècle AC utilisaient déjà des propriétés de l'or colloïdale pour la coloration des céramiques et des vitraux.

Remonter dans l'histoire des nanotechnologies et se limiter à l'essentiel, c'est sauter quelques étapes de l’étude de la matière et se retrouver en 1981, lors de l'utilisation du microscope à effet tunnel  par Heinrich Roher et Gerd Binnig. Ce fut un peu par hasard, lors d'une observation, d'ailleurs. La pointe de Tungsten de leur microscope émettait un faible courant en suivant la surface avait entrainé des atomes dans le "scanning" de la matière.

En 1985, Harold Kroto remarque qu'avec un laser, le graphite se reconstruit en atome de Carbone: les fullerènes, sous forme sphérique (C60 circulaire).

En 1989, Donald Eigler et Ehrard Schweizer réussissent à écrire les lettres d'IBM avec 35 atomes de xénon déplacés un à un. Un interrupteur de la taille d'un atome sera l'exploit suivant.

En 1993, ce sont les débuts des nano-tubes de carbone de l'épaisseur d'un atome par Sumio Iijima et Donald Bethune. La nanoélectonique s'inscrira cinq ans plus tard dans l'histoire avec l'équipe de Sander Tans.

En 2004, les graphènes sont découverts par André Geim.

En 2005, les nano-voitures moléculaires se mettent en branle dans des cages de carbone.

Le problème crucial, c'est de sortir du laboratoire, de la recherche fondamentale et passer à la chaîne de montage pour produire tout cela dans un temps raisonnable au niveau industriel. Techniques de fabrication en perpétuelle évoltution, coûts de fabrications élevés... beaucoup d'obstacles en perspective.

Arriver comme l'ADN à le faire par l'auto-assemblage est la partie la plus ingénieuse. Manipuler l'ADN, lui-même, là on touche à une question d'éthique.

L'industrie utilise discrètement ce qui est déjà disponible pour les articles de sport, les vêtements antibactériens, les cosmétiques, les peintures, les écrans OLED, les dentifrices, les vitres autonettoyantes, les crèmes solaires parmi plus de 400 produits. 

Des nano-tubes à la chaîne, 100 fois plus résistants que l'acier, meilleurs conducteurs que le cuivre sont créés en Belgique chez Nanocyl et les prix baissent au kilo aux environs de 80 euros. La production s'élevait déjà à 20 tonnes en 2010. 

L’électronique a ouvert la voie. La taille des transistors est passé de 12 micromètres en 1970 à 20 nanomètres aujourd’hui. Le silicium prend de l'âge. Le graphène pourrait prendre la relève et bouleverser toute la production des ordinateurs, avec à son actif, 50 à 500 fois plus de mobilité de ses électrons que le silicium. En 2004, André Geim et Konstantin Novoselov mettaient au point un prototype des premiers transistors au graphène qui seront installés sur une même puce.

L'informatique avec l'aide des spintroniques, en imaginant d'organiser des ordinateurs comme le serait le cerveau en réseaux neuroniques, c'est imaginer pouvoir mettre à disposition toute la connaissance du monde en parallèle à des vitesses insoupçonnées.  

"Il est temps de créer des systèmes fondés sur la science quantique qui porteront le calcul par des ordinateurs vers une nouvelle frontière", a lancé Matthias Steffen, responsable scientifique de l'équipe de recherche à IBM.

Contrairement à la physique classique où les notions d'onde et de particule sont séparées, dans l'univers quantique, elles deviennent deux facettes d'un même phénomène, une propriété qui, théoriquement, peut démultiplier les capacités des ordinateurs en super-multifonctionnels. Les chiffres binaires (0 ou 1) dans le monde quantique, appelés "qubit", peuvent, en plus, posséder les deux valeurs en même temps dans une structure dite de  "superposition".

Cela permet de traiter plusieurs millions de calculs simultanément, sans délais, sans trous et remplacerait en quelques heures quasiment toute la puissance de calcul actuellement disponible dans le monde.

Si un qubit avait une durée de vie de seulement quelques milliardièmes de seconde, tri-dimensionnel, à partir de circuits faits de matériaux nanométriques, conduisant l'électricité sans résistance et refroidis près du zéro absolu. augmente la stabilité jusqu'aux 100 microsecondes, bien suffisants pour répondre à la demande.

Les chercheurs pensent généralement qu'il faudra de dix à quinze ans avant de résoudre les problèmes de banques de données d'informations non-structurées à utiliser dans des tâches mathématiques extrêmement complexes.

La médecine, elle, pourrait utiliser des nano-capsules pour transférer des médicaments au cœur des cellules malades.

Du béton de nouvelle génération aux vitrages isolants donne des idées de croissances et pourrait révolutionner jusqu'à la forme des batîments.

De l'énergie vraiment verte pourrait être produite avec des panneaux solaires plus performants via les nanotechnologies. L'environement serait préservé par le traitement des eaux usées et de l'air, par les pièges à CO2 (poudre de téréphtalate de chrome).

La défense est intéressée par les robots autonomes, les blindage renforcés, le repérage et la reconnaissance des individus ou, au contraire, privilégier son invisibilité par son camouflage.

Bien d'autres secteurs pourraient y trouver des avantages indéniables dans le futur. Les "nanotechnos" sont encore très jeunes, à peine trente ans et, déjà, elle excite toutes les convoitises.

Les budgets de la R&D grimpent et vont exploser. Les États-Unis ne sont plus les seuls. La Chine y investit massivement.

Qui dit avantages, doit immédiatement imaginer qu'il y a un revers à la médaille. Quand la Science rattrape la science fiction au risque de la dépasser, il y a des questions à se poser.

Le parallèle avec l'invention des ordinateurs et de l'informatiques est troublant. Si l'informatique a bouleversé notre vie de tous les jours tout en l'améliorant en apportant des leviers à l'accélération et à l'amélioration du travail, elle a aussi dissimuler des pertes d'emplois alors que les bénéfices n'ont pas été rétrocédées au monde du travail.

Les risques pour la santé, l'environnement, les libertés individuelles ne sont pas nuls. La planète plus verte présentée au début de l'article peut en devenir verdâtre.

Pour la santé, ce sont les nano-particules insolubles, ultrafines, de la poussière de silice, du TiO2 qui peuvent poser des problèmes de toxicité. Ni logo, ni label sur les produits qui en contiennent fait craindre à un maquillage des risques.

Pour l'environnement, c'est le potentiel d'interaction avec les écosystèmes entiers, avec la biodiversité, les résidus qui doivent inqiuiéter.

Des nano-espions envahiraient notre quotidien? Ce qui est invisible est une source de doutes, d'inquiétudes voire d'angoisses sous l'éfigie de Big Brother. L'histoire des puces RFID ont déjà un problème semblable mais leur installation reste, heureusement, au niveau d'un acte volontaire.

En d'autres mots, ce qui est petit n'est pas forcément "gentil".

Le livre de Michael Crichton "La proie" n'est qu'une fiction mais...

ARTE imaginait le monde dans 40 ans Extrait 1,  Extrait 2 et deux extraits du meilleur des mondes

Ces épisodes qui se situe en 2040, examinent les avancées des nanotechnologies sur le plan écologique. Dans ce domaine, les propriétés qui s’expriment à l’échelle du millionième de mètre n’en finissent pas d’émerveiller les scientifiques. Initiées il y a une trentaine d’années, des recherches ont fait l’objet de gigantesques investissements dans les pays industrialisés.

Penser dès lors au meilleur des mondes ou verser dans les fantasmes que la science fiction adore? (Débats entre scientifiques et écologistes).

Ce qui est sûr c'est que l'avenir passera par les nanotechnologies et que les professions qui vont tourner autour d'elles seront nombreuses.

C'est se rappeler qu'avec les progrès, c'est toujours au moment où tout semble devenir possible que tout devient subitement plus dangereux.

Le début de « La chanson de l’année 2040 »

Parodie tirée de "Je ne suis pas bien portant"

Depuis que j'suis nanotechnologique

J'ai une foule de pressentiments

Car pour mes spintroniques

C'est pas tous les jours très marrant

Mais attendez que j'vous explique

Tout ce qui cause mon tourment :

J'ai l'carbone qui cartonne

Il rend le PC surexcité

Et le Graphène qui s'démène

Quand le fullerène se dégaine

L'quantique chante un cantique

Ma crème solaire prend de grands airs

Si le béton fait des bonds

Les puces me les sucent,

En tunnels sous mon Rimmel

Font des buses qui m'abusent

Et des tubes en apericubes.

L‘nano au rayon écolo

Le scanner prend ses nerfs

L'nanomonde qui me sonde

Avec des robots sous le capot

La mémoire sans l'espoir

Les options en option

Rend le futur pas bien sûr

Avec des brevets comme décrets

 Et l'boulot plus toujours très gros

 --

 Ah mon Dieu qu'c'est palpitant

Ces technologies et se sentir patraque

  Ah mon Dieu qu'c'est stressant

La sociologie qui penserait à l'arnaque.

Je vous laisse continuer les autres couplets, mais il n'y aura pas le moindre atome à gagner, ni à déplacer...

 

 

L'enfoiré,

 

Sources: Hors Série de Science & Vie 253 (décembre 2010) et autres

Vidéo 1,  Vidéo 2,  Vidéo 3,  Vidéo 4, Vidéo 5, Vidéo 6

Citations:

 

• « Il est hélas devenu évident aujourd'hui que notre technologie a dépassé notre humanité. », Albert Einstein
• « Dans le passé la technologie a été un bienfait pour l'homme, maintenant elle devient un danger. Même en tant de paix elle commence à détruire la terre. », Edward Bond
• « Notre imprudence aveugle se joindra à notre puissance technologique pour produire des effets dévastateurs. », Michael Crichton