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Nanotechnologies : risques, bénéfices, imaginaire

L. Laurent

Fondation Digiteo-Triangle de la Physique, responsable

scientifique du projet Campus de Saclay

Poitier, le 10 mars 2010

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Qu'est ce ?

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Les échelles de longueur

Chat~ 0.5 m

Fourmi1000 mCheveu

50 m

Globules~ 2-5 m

proteines20 nm

Atomes 0.1 nm

nanomètre micromètre millimètre mètre

3 mm par mois1 nm par seconde

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Echelle de longueur. Pourquoi ? Milli-technologies Nano-technologies

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Techniques de fabrication: bilan actuel

Microélectronique

Ensemble de techniquesConcepts du monde « macro»

• Gravure,

• Dépôt

• Dopage,

• Traitements de surface

• en extension

Systèmes complexes

Le vivant(biotechnologies)

Naturellement « nano »

• structures

• énergie

• Information

Autres techniques

Partiel ou « subi »

• Auto organisation

• Dépôt

• Chimie

Matériaux

Microélectronique

Ensemble de techniquesConcepts du monde « macro»

• Gravure,

• Dépôt

• Dopage,

• Traitements de surface

• en extension

Systèmes complexes

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Ce qui fait la plus value du « concept » nano

Concepts communs: « objet unique, moteurs ,..»

Méthodes: mesures, simulation, microfabrication

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Une histoire rétro active

1900 1950 2000

L’atome

Ernst Ruska

Jean Perrin

Le microscope électronique

Structure de l’ADN

R.Feynmann

E. Drexler

H. Rohrer G. Binig

S. Ijima

F. Crick, J. Watson, M. WilkinsR. Franklin

Nanotube

Microscope tunnel

Assembleurs

Le discours

NNI

Gelée grise

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Industrie

1) Procédés pre - existant indépendamment de la démarche «nano»­ catalyse,­ Matériaux et traitement de surface,­ Cosmétique ­ Agro alimentaire

Intégration de procédés démarche «nano» dans des produits existants­ Environnement (photocatalyse, adsorption, dépollution), ­ Énergie (cellules photovoltaïques, batteries, ..)­ Médecine

2) Industries avec une « roadmap » ­ Microélectronique qui devient la nanoélectronique, ­ Disques magnétiques, mais aussi mécanique, fluidique

Très fort impact sur les applications

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1992: 108 bytes 1 mètre de livres5 mn de vidéo 2 h de son (MP3)

2005: 1011 bytes 1 kilomètre de livres80 h de vidéo2,5 mois de son MP3

2020: 1013bytes ?100 kilomètre de livres1 an de vidéo20 ans de son MP3

La gestion de la mémoire

Sur 50 cm2

1990 2000 2010 2020

Internet = 1021 bytes

Gestion de la mémoire- Pérennité

-Des données -De l’information

- Nouveaux usages

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Pour quoi faire ?

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Cycles de Schumpeter

http://www.mega.nu:8080/ampp/corporate2_img/schumpeter.gif

HydrauliqueTextile Fer

VapeurRailAcier

ElectricitéChimieMoteurs

PétrochimieElectroniqueAvion

Numérique

60 ans 55 ans 50 ans 40 ans 30 ans

18451785 1900 1950 1990 2020

Techno. Vertes ?

Equipement des foyers

Consommation

Révolution industrielle Les trente glorieuses

Société de la connaissance

Urbanisation

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Entreprises concernées par l’échelle nano

Entreprisesidentifiée

Dont intéressées par l’échelle nano.

Soit

Electronique/informatique/Telecom 471 248 53%

Santé 206 112 55%

Matériaux/chimie/ingénierie/transports 433 307 71%

Nourriture/élecroménager… 72 37 51%

Services, autres 49 6 12%

1231 710 58 %

Source: Laredo – Kahane – Delemarle - Villard

Il n’y a pas d’industrie « nano » mais une diffusion du sujet dans tous les secteurs.- Grosses entreprises très présentes (électronique, chimie, matériaux,…)- Start-up sur des sujets « pointus »- PME

Sur les 1200 firmes effectuant le plus de recherche dans le monde telles qu’identifiées par le département du commerce et de l’industrie anglais.

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Asie 32% des publications+ 272 % de 1998 à 200630% des brevets 60 grosses firmes impliquées

USA 23 % des publications+ 130 % de 1998 à 200655 % des brevets80 grosses firmes impliquées

Europe33% des publications+ 116 % de 1998 à 200615 % des brevets (FR 2,7%)40 grosses firmes impliquées

Projets CEA/PRIME et ANR Nanobench (Delemarle, Kahane, Laredo, Mangematin, Rieu, Villard) Source: Laredo – Kahane – Delemarle - Villard

• Trois gros blocs• Forte concentrations • Taux de croissances importants

Paysage « nano » mondial

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Les matériaux

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Nanomatériaux

Effet Lotus Coupe Lycurgus

Polymères modifiés

Anti bactérien

Economies en matières premières

-Remplacer les éléments rares (In, Eu, Ga, Pt, Li,...)

- Matériaux recyclables dans l’environnement

Gecko artificiel A. Geim

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Pascaline (1640)

Le calcul et les technologies de l’information

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Loi de Moore Évolutions en cours

• More Moore– Poursuite de la miniaturisation (45 - 32 - 22 - 16 nanomètres )– Systèmes multicoeurs ( gain en performance = parallélisme des traitements)

• More than Moore: diversification des possibilités– Composant hyperfréquence, optiques, capteurs, MEMS– Intégration hétérogène

1,00E+03

1,00E+05

1,00E+07

1,00E+09

1,00E+11

1960 1970 1980 1990 2000 2010

1971: 40042300 transistors10 m

2008: Tuckwila2 milliards transistors0,065 m

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Une évolution forte et non achevéeUne évolution forte et non achevée

InternetOrdinateur central

Ordinateur personnel

Réseau global des objets ?

Sans fil

Objets « intelligents »

1960 1980 2000 2020

Haut débit

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Le vivant

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Nanomédecine - Santé

• Vectorisation de médicaments– Encapsulation, furtivité – Reconnaissance moléculaire

• Instrumentation et analyses-Reconnaissance moléculaire-Instrumentation in vivo

Caméra ingérableGiven imaging

Nanobiotix

Agilent Technologies

U. Michigan

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DE LA SCIENCE A LA FICTION

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La fabrication exponentielle: La fabrication exponentielle: questions associées questions associées

Développement hors contrôle de nanorobots auto répliquants

→ Systèmes formels (Von Neuman, virus informatiques)

→ Gelée grise• En 2003, intervention du Prince Charles, amplifiée par la presse

Rectificatif du prince Charles en 2004

• Débat scientifiques en 2003 (E. Drexler – R. Smalley)

– C’est déja arrivé (apparition de la vie) ! – Faisabilité (« hors biologie »)

• Cela peut il exister, en milieu sec

• Peut on le concevoir

• Peut on le fabriquer

• Source d’énergie

Question pour le moins à long terme

Mais …. La convergence avec le vivant C. Venter

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Débats

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Questionnement Questionnement «« nano nano »» et et plus gplus géénnééralral

2000 2002

Bill Joy

Caroline Lucas

Greenpeace

Katherine Albrecht

J.-P. Dupuy

2005

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La protection de la vie privéeLa protection de la vie privée

• Les étiquettes électroniques

– Identification de produits

–Vie du tag après l’achat ?

→ Profilage de clients, espionnage

→ Recoupement de données insignifiantes

• La puce espion

− Smart dust

− Internet des objets

• La puce implantée

• Etre branché (piercing), domotique

• Suivi de patients (autorisé par la FDA en 2004)

• Sécurité (paiement, accès, kidnapping,

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L’humain et le progrés technologiqueL’humain et le progrés technologique

Utiliser les nouvelles technologies pour compléter l’humain :

• Pallier des déficits, améliorer la vie - Vision, audition, organe déficient- Santé, capacités (mentales, physiques)- Interface avec machines-

• l’Homme augmenté→ Dopage, chirurgie Le transhumanisme

•Indicateur biologique de prédispositions−Nouveaux dilemmes ?

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“Nanotoxicité”

• Noir de carbone 6 000 000 T• Silice 300 000 T

• TIO2 – ZnO: Milliers de tonnes

• Oxyde de cérium : Centaines de tonnes • Nanotubes : Centaines de tonnes Milliers de tonnes

« Anciennes»   applications : silice, noir de carbone, dioxyde de titane pneumatiques, photographie argentique, catalyse, cosmétique,…

Nouvelles applications: Dioxyde de titane, argent, nanotubesObjets bactéricides, auto - nettoyants, nouveaux matériaux

Base de données nanowerk.com = 1 444 nanoparticules de 101 fournisseurs

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Utilisations plus polémiques ...

Zelens Fullerene C-60 Face Cream

Zelen Fullerene C-60 Day Cream, as the name implies, incorporates nanoscale Fullerene C-60. It turns out that the material has remarkable antioxidant properties. £150 ($250)

Tip-top-upHuile active canola

Nano food

Alicaments The superior benefits of our patented N DS technology is to introduce Nanodroplets of pure nutrients into the body in a manner which allows over time, more rapid, uniform and complete absorption than pills,…

2929

Nanoparticule: P

etit, in

visible

Méconnaiss

ance des r

isques Manipulation de l’humain,

puces implantées

Puces invisibles

“Nano

Impact ? Spécificité des nanotechnologies ou simple juxtaposition ?

Biotechnologie, médecine

données de santé, Matériaux, chimie

Toxicité, risque, pollution

Ethique

Vie privée

Contrôle des données personnelles Surveillance

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Conclusion

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Une construction efficace mais floue

Ca n’est pas une discipline: “Description simple et efficace”, nouvelle image de la science Effet de mode mais utile : innovation, transdisciplinarité, impacte les organisations

Des réalités industrielles contrastées : «Technologie diffusante » qui augmentent la valeur sans être au cœur du produit  Des industries avec une feuille de route : micro électronique, mémoires,…

Des bénéfices et des risques (comme toute autre innovation)

Poids de l’imaginaire...bien au delà du périmètre des nanotechnologies Lego moléculaire, les post – humain, sociétés utopiques ou invivables