Au cœur d’un nouveau monde

Nanos­ciences et nano­tech­no­lo­gies, des expres­sions très uti­li­sées, sou­vent pour pré­sen­ter des pro­messes d’avenir, par­fois au contraire pour évo­quer une menace. Quels domaines recouvrent-elles ?

La défi­ni­tion la plus évi­dente repose sur l’échelle des objets mis en œuvre, de l’ordre du nano­mètre, soit un mil­liar­dième de mètre. Par cette défi­ni­tion, les « nanos » ne consti­tuent pas un domaine nou­veau : les dimen­sions ato­miques sont dix fois infé­rieures et des objets nano­mé­triques sont pré­sents dans la nature, avec, pour cer­tains, des risques bien connus : l’amiante par exemple.

La révo­lu­tion des « nanos » dont nous par­lons ici est fon­dée sur l’apparition de pro­prié­tés nou­velles, notam­ment élec­tro­niques et optiques, dans des maté­riaux inno­vants et dis­po­si­tifs struc­tu­rés à l’échelle nanométrique.

“ Un monde aux propriétés bouillonnantes, traversé par des phénomènes violents ”

Les pro­grès dans les « nanos » reposent sur l’interaction étroite entre le déve­lop­pe­ment des maté­riaux, la mise en œuvre de nou­veaux concepts phy­siques ou l’adaptation de concepts phy­siques exis­tants à des situa­tions nou­velles, le tout asso­cié à des tech­niques de visua­li­sa­tion qui per­mettent de fran­chir des limites dans l’observation de l’infiniment petit.

Les prix Nobel décer­nés cette année en phy­sique et en chi­mie consti­tuent de magni­fiques exemples de l’impact de ces nou­velles technologies.

Le monde des « nanos » est un monde aux pro­prié­tés bouillon­nantes, tra­ver­sé par des phé­no­mènes vio­lents : une dif­fé­rence de poten­tiel de 100 μV sur une dis­tance de 1 nm pro­duit un champ élec­trique de 100 000 V/m ; une dif­fé­rence de tem­pé­ra­ture d’une frac­tion de degré sur une dis­tance de 1 nm pro­duit des gra­dients ther­miques considérables.

Or, les dif­fé­rents cou­rants qui par­courent le sys­tème sont une réponse à ces gra­dients. Des nano­fils métal­liques peuvent être par­cou­rus par de faibles cou­rants élec­triques de l’ordre du μA, alors que les den­si­tés de cou­rant cor­res­pon­dantes dépassent 10 MA/cm², aux limites de résis­tance des matériaux.

À l’échelle « nano », d’autres gran­deurs quan­tiques vont pou­voir être mises à pro­fit, comme le spin élec­tro­nique, car ces gran­deurs peuvent être contrô­lées à petite échelle.

Le domaine est immense. On don­ne­ra donc sim­ple­ment ici quelques « coups de pro­jec­teurs » sur un nombre res­treint de sujets d’actualité dans les­quels l’École est for­te­ment impli­quée, par sa recherche, conduite dans le cadre de col­la­bo­ra­tions et tout par­ti­cu­liè­re­ment dans le cadre du cam­pus de Saclay – un haut lieu des « nanos » dans le monde –, par la for­ma­tion qu’elle dis­pense afin de don­ner à nos élèves les meilleurs atouts dans ce champ ultra­com­pé­ti­tif, ou par l’engagement indus­triel d’anciens élèves.