Nanomonde : les clés pour comprendre

Il y a plein de place en bas », lançait Richard Feynman lors d'une conférence en 1959. C'est avec cette citation, un brin mystérieuse, que le physicien américain suggérait à la communauté scientifique d'explorer l'univers de l'infiniment petit. Mais il a fallu attendre les années quatre-vingt et la découverte du microscope à effet tunnel (STM) (voir illustration ci-après), puis celle du microscope à force atomique (AFM) (voir glossaire en bas de page) pour que le nanomonde, entre 1 et 100 nanomètres, s'ouvre vraiment aux chercheurs ¹. Ils pouvaient enfin parfaitement contempler la structure atomique de la matière, les molécules ou l'ADN. « Si l'on veut intervenir à cette échelle, il est important avant toute chose de bien voir ce que l'on fait. Sinon cela ne sert à rien », confie Christian Joachim, chimiste au Centre d'élaboration des matériaux et d'études structurales (Cemes) ² du CNRS. Puis, à la fin des années quatre-vingt, grâce à l'extrême précision de leurs outils, et notamment des pointes atomiques, les scientifiques sont parvenus à manipuler les atomes un à un. Les nanosciences, que l'on peut définir comme l'étude des propriétés physico-chimiques fondamentales d'objets nanométriques, prenaient alors définitivement leur essor. Avec des outils de plus en plus efficaces, la conception, la fabrication et la manipulation d'objets, de matériaux et de machines de dimensions nanométriques pouvaient alors démarrer. Avec pour objectif d'améliorer les vertus des matériaux actuels, leur légèreté, leur résistance, leur conductivité… mais aussi de créer des matériaux et de minuscules machines entièrement nouveaux.

© Antoine Dagan. Cliquez sur l'image pour l'agrandir.
Le microscope à effet tunnel (STM) est un instrument utilisé pour l'étude des surfaces des matériaux conducteurs. Il permet de visualiser les atomes et d'obtenir des images à l'échelle atomique. Le principe est simple : une pointe métallique extrêmement fine – nanopointe – terminée par quelques atomes, voire un seul, survole la surface du matériau à quelques nanomètres de distance. Une tension électrique est appliquée entre la pointe et la surface. Des électrons peuvent alors franchir cette distance par l'« effet tunnel » et produire un courant électrique. En déplaçant la pointe sur la surface on peut établir une carte du relief de cette surface et repérer ainsi les atomes et leur disposition relative avec une précision de l'ordre de 0,1 nm. Avec cette pointe on peut également manipuler des atomes et les déplacer un à un.

Mais pourquoi s'évertuer à aller voir si loin au cœur de la matière ? « Incontestablement, nous dit Jean-Yves Marzin ³, physicien et directeur du Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN) du CNRS à Marcoussis, pour la quantité de propriétés nouvelles que révèle la matière à cette échelle et que ne possèdent pas les objets les plus grands. » De même, Gérard Benassayag, physicien au Cemes ⁴, voit dans les nanosciences le moyen de découvrir « dans les petites dimensions, les effets cachés dans les grandes ». Autrement dit, à l'échelle du nanomètre, les nombreuses qualités des différents matériaux – grosso modo, optique, catalytique, mécanique, magnétique, thermique, de conductivité –, dépendent beaucoup de leur taille. Et en raison de ce confinement, la matière réserve bien des surprises : certaines propriétés apparaissent, d'autres disparaissent, certaines sont très largement améliorées, d'autres encore sont perturbées et ne respectent plus à la lettre les lois de la physique classique ⁵ : par exemple, les électrons ne circulent plus comme un courant ininterrompu, mais un par un. On mesure déjà les enjeux purement scientifiques des nanosciences : d'une part comprendre comment la matière est structurée à petite échelle et d'autre part pouvoir un jour contrôler ses propriétés et envisager la conception de nouveaux composants, circuits, voire systèmes. Et quand ces enjeux croisent des enjeux industriels – comme celui de l'avenir de la microélectronique par exemple –, inutile de dire que nos chercheurs s'agitent dans les laboratoires et que les grandes multinationales sont à l'affût des meilleures innovations. À partir des années cinquante en effet, l'humanité a connu une de ses plus importantes révolutions technologiques grâce à l'avènement des circuits intégrés en silicium. Et cette industrie poursuit aujourd'hui son développement au rythme de deux lois, dites de Moore : d'abord la taille des transistors (dispositifs semi-conducteurs) (voir glossaire en bas de page) diminue de moitié tous les dix-huit mois, ce qui permet d'augmenter la densité d'intégration et les performances des circuits électroniques. Ensuite, le coût d'une chaîne de fabrication double tous les trente-six mois. Inévitablement, la miniaturisation et la densification des transistors (130 nm actuellement pour les Pentium 4) entraînent des problèmes de fabrication et de fiabilité. Du coup, les industriels avancent à grands pas dans une impasse technologique et économique. C'est pourquoi nos chercheurs proposent des solutions pour en sortir en imaginant par exemple des architectures alternatives pour les circuits de demain (voir aticle "Les "Nanos" sur tous les fronts" / ELECtrONIQUE).

© L. Médard / CNRS Photothèque
Outil d'étude et de visualisation des nano-objets. À gauche sur l'écran, des nanotubes de carbone déposés sur un substrat de silicium vus grâce à un microscope à force atomique (AFM) en arrière-plan.

Mais bien au-delà de la microélectronique, c'est tout le champ des matériaux, (métaux, polymères, céramiques), et de presque toutes les disciplines scientifiques (médecine, biotechnologies, chimie, sciences de l'environnement…) qui est aujourd'hui concerné par les nanosciences et les nanotechnologies. « Grâce à elles, nos laboratoires créent et étudient des atomes artificiels, ou nano-objets (voir glossaire en bas de page), avec des comportements et des propriétés spécifiques », précise Michel Lannoo, directeur du département « Sciences physiques et mathématiques » du CNRS. C'est avec ces briques élémentaires que nos chercheurs imaginent les matériaux et les technologies de demain. Et, à côté de l'aspect fondamental de ces recherches, fleuron de notre organisme, déjà les laboratoires regorgent d'une multitude d'applications en gestation. Citons par exemple des nanocomposites pour améliorer les performances des polymères ou des céramiques, des nanotubes ou des nanofils de silicium pour l'électronique, des médicaments programmés pour intervenir directement auprès de leur cible, des nanoparticules pour piéger les polluants dans l'eau… Bref, le champ des « nanos » s'élargit, et de plus en plus de laboratoires l'investissent en France et de par le monde. Une compétition effrénée entre les États-Unis, le Japon et l'Europe pour la maîtrise de cette technologie s'est même engagée depuis trois, quatre ans. Les budgets en recherche et développement s'affolent : le Japon avec 2,5 milliards de dollars et les États-Unis avec 2 milliards de dollars en 2004 ont déjà pris une bonne longueur d'avance sur l'Europe. Un engouement qui s'explique facilement, puisque les retombées économiques devraient être impressionnantes. Selon la National Science Foundation, les biens et les services liés aux nanotechnologies généreront d'ici à dix ans un marché de mille milliards de dollars !

© E. Perin / CNRS Photothèque
Les nanotechnologies arrivent en renfort de l'électronique, contrainte d'évoluer au rythme décrit par la loi de Moore. Cette presse permet de fabriquer des puces électroniques "nano-imprimées".

En Europe, les nanotechnologies sont devenues également un objectif majeur du 6^e Programme-cadre de recherche et de développement (PCRD) et ne raflent pas moins de 10 % du budget. De même, en France, la toute récente Agence nationale de la recherche vient de reprendre le programme national « Nanosciences et nanotechnologies » et de le propulser au rang des secteurs prioritaires (voir encadré en bas de page). Un autre argument plus subtil pour justifier l'engouement sur les « nanos » est proposé par l'historienne des sciences Bernadette Bensaude-Vincent ⁶. Elle suggère en effet que les industriels se sont engagés depuis les années quatre-vingt à diminuer le plus possible l'utilisation de matière première pour réduire les coûts de fabrication des matériaux et s'affranchir des producteurs. Cette « dématérialisation » se traduit par une moindre consommation d'acier, d'aluminium ou de plastique, dans des produits toujours plus légers et performants. Pour l'historienne, l'avènement des nanotechnologies devrait accélérer cette tendance.

Cependant, il convient de garder la tête froide. Si les gouvernements financent sans compter de coûteux programmes de recherche, les multinationales semblent moins empressées à s'engager. D'autant qu'à ce jour, les produits industriels mis sur le marché se comptent encore sur les doigts d'une main. Notons par exemple des composants pour l'automobile ⁷ à base de polymères renforcés par des nanostructures (Association de nano-objets) et des produits cosmétiques à base de nanoparticules. En fait, peu d'applications sont à ce jour viables commercialement.

Autre frein possible : les voix qui s'élèvent de plus en plus haut pour alerter l'opinion sur les dangers éventuels des nanoparticules. D'ailleurs, Robert Plana, directeur scientifique du département des Sciences et Technologies de l'information et de la communication du CNRS (Stic), craint un certain rejet social de ces technologies. C'est pourquoi, pour travailler en connaissance de cause et répondre aux interrogations de la société, il est indispensable, selon Michel Lannoo, « d'étudier rigoureusement les impacts des nanotechnologies sur la santé et l'environnement. Mais attention à ne pas interdire certaines recherches trop précipitamment ! », prévient-il. Car de nombreuses équipes françaises de très haut niveau, qui possèdent déjà d'indéniables compétences, dans les techniques de caractérisation, de modélisation ⁸, de manipulation et de fabrication de nano-objets, pourraient voir leurs efforts jugulés.

Nano-objets, nanomachines et nanomatériaux

Au Cemes, par exemple, les physiciens et les chimistes savent élaborer des objets nanométriques, ou nano-objets – nanoparticules ou agrégats, couches minces en deux dimensions, cristaux pour l'optique, matériaux carbonés (nanotubes, nanofils, fullerène) et molécules de synthèse –, par différentes méthodes, chimiques ou physiques. Ils peuvent observer leur structure atomique en surface grâce aux microscopes électroniques à balayage (STM et AFM) et en volume avec les diffractomètres à rayons X. Ils savent aussi la modifier en manipulant les atomes grâce à l'association d'outils de l'imagerie et de faisceaux d'ions focalisés qui percutent la matière. « Enfin, nous analysons les propriétés obtenues dans ces nano-objets et essayons de les exploiter si elles sont intéressantes », précise Gérard Benassayag. Mais comment fabrique-t-on ces nouveaux objets ? Tout d'abord, il convient de distinguer deux méthodes. L'approche « top down », ou voie descendante, a été développée par l'industrie de la microélectronique. Elle consiste à diminuer les dimensions d'un objet jusqu'à des tailles nanométriques et jusqu'aux limites des outils de fabrication et du fonctionnement de l'objet en question. L'approche « bottom-up », elle, vient des laboratoires de recherche et des nanosciences. Elle consiste à partir des atomes et des molécules et à les assembler de façon contrôlée en de nouveaux objets, structures et machines. Pour les deux voies, il existe aujourd'hui de nombreux procédés technologiques, physiques, chimiques ou mécaniques pour fabriquer des nano-objets.

L'approche « top down » est plutôt celle des micro-électroniciens. L'inconvénient de cette méthode, qui consiste à partir d'un objet massif et à réduire sa taille selon divers procédés, est qu'elle se heurte au fur et à mesure de la miniaturisation à des problèmes technologiques et physiques de grande ampleur qui pourraient avoir des conséquences sur la fiabilité des composants électroniques. Technique la plus utilisée actuellement pour réaliser de façon industrielle des microprocesseurs, la lithographie optique permet d'inscrire et de reproduire en série des motifs dans un film mince de résine, pour ensuite les graver dans un semi-conducteur. C'est également avec cette méthode que l'on fabrique dans les laboratoires des substrats nanostructurés, dont la surface présente un relief fabriqué à l'échelle nanométrique. Les physiciens ou les chimistes y déposeront par la suite des nanoparticules et créeront ainsi de nouveaux matériaux (voir encadré ci-contre). Mais plus on « descend » dans des dimensions nanométriques, plus il devient difficile d'adapter cette méthode à la production en série. Néanmoins, au CNRS, les chercheurs testent des méthodes alternatives pour continuer à améliorer la voie « top down ». Les pistes suivies : la nano-impression, au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (Laas) du CNRS – il s'agit de dupliquer des nanostructures initialement fabriquées sur un moule en polymère par lithographie à très haute résolution –, la nanolithographie électronique et la nano-écriture par faisceaux d'ions focalisés, où une pointe à balayage agit comme un stylo pour dessiner des nanostructures sur des surfaces, au Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN) à Marcoussis.

Autres méthodes descendantes, mais mécaniques cette fois, les techniques de broyage, de compactage, de frittage (voir glossaire en bas de page) et de forte déformation. Dans ce cas, les matériaux massifs sont broyés jusqu'à obtention de cristallites de taille nanométrique ⁹.

L'approche « bottom up », fondée sur des principes chimiques, permet de réaliser des objets artificiels (molécules de synthèse, agrégats) – qui n'existent pas à l'état naturel – en utilisant des atomes et des molécules. Là aussi, les procédés sont nombreux, mais restent pour l'instant cantonnés à nos laboratoires ¹⁰. Au Cemes, à Toulouse, le groupe de recherche de Christian Joachim part du principe qu'un atome ou une molécule unique doivent être étudiés pour eux-mêmes et pour leurs fonctions. « C'est pourquoi nous concevons, synthétisons et étudions des nanomachines unimoléculaires aptes à calculer, à agir mécaniquement et à communiquer, explique-t-il. Nous développons toute la chimie de synthèse, les techniques modernes de nanocommunication et de nanomanipulation pour être capables de contrôler une molécule unique et d'échanger des informations avec elle. » Objectif avoué de ces recherches ¹¹ : « Réaliser une machine avec le moins d'atomes possibles. » Un résultat est particulièrement spectaculaire : la brouette moléculaire. Avec ses deux roues, ses deux bras, ses deux pieds, ce que fait cette nanomachine est assez fascinant : quand elle rencontre un atome, elle l'accroche sous elle et le dépose plus loin. Ces nanomachines, qui pour l'instant n'ont pas de moteur – il faut les pousser avec une nanopointe pour les faire avancer –, annoncent peut-être les nanorobots de demain. Autre priorité de l'équipe : mettre au point une unité de calcul binaire avec une seule molécule, et de moins de 1 nanomètre ! Mais le défi n'est pas encore gagné : il va falloir connecter à cette molécule des nanofils atomiques pour les entrées et les sorties d'informations. « Bref, conclut l'enthousiaste scientifique, nous développons les bases technologiques de la miniaturisation ultime de nos futurs ordinateurs. »

Une autre approche, toujours dans la voie ascendante, est développée au Laboratoire de physique de la matière condensée et nanostructures (LPMCN) ¹² à Lyon, pour construire les briques élémentaires des nanomatériaux. Ici, on s'est en effet spécialisé dans la fabrication des agrégats – petits paquets d'une centaine d'atomes appelés aussi nanoparticules – par des procédés physiques dits en phase gazeuse (voir glossaire en bas de page). Différents types d'agrégats peuvent être envisagés par cette méthode. « On crée des assemblages inédits d'atomes, puis on regarde les propriétés obtenues, la stabilité et l'efficacité du résultat », précise Alain Perez, directeur du laboratoire. Plusieurs résultats marquants à leur actif : des agrégats de silicium semi-conducteur de type cage (fullerène) à large bande, des nanostructures magnétiques à partir de métaux (fer, cobalt, nickel) ou d'alliages et des systèmes pour des applications en optique (voir article Les « Nanos » sur tous les fronts/ Optique)), à partir d'agrégats fortement fluorescents ou de métaux nobles (or, argent). « À partir de ces nanoparticules que nous déposons délicatement sur des substrats adaptés, nous préparons des nanostructures fonctionnelles et effectuons des études physiques fondamentales en fonction de la vocation du système obtenu. » Et après ? « Une fois la nanostructure bien étudiée et la propriété du système adaptée à la réalisation d'un composant, nous nous engageons dans une phase de transfert technologique avec nos partenaires industriels », conclut le chercheur.

Les deux approches, « bottum up » et « top down », et les différents procédés de fabrication, loin d'être tous cités ici, permettent aujourd'hui la fabrication de nano-objets et de nanomatériaux. Mais l'une viendra-t-elle remplacer l'autre ? « Je pense que l'on a trop tendance à opposer ces deux approches alors qu'elles sont plutôt complémentaires, répond Alain Perez. Par exemple, dans notre cas, nous utilisons des substrats conçus par nanogravure ionique (top down), sur lesquels nous déposons nos agrégats (bottum up) pour réaliser des réseaux en deux dimensions qui annoncent de futurs composants à très haute densité d'intégration. »

De tous les nano-objets, le nanotube de carbone est incontestablement le plus en vogue. Mis en évidence par hasard en 1991, ce petit tube composé d'un ou plusieurs feuillets de carbone enroulés sur eux-mêmes, dont le diamètre se situe entre 1,4 et 100 nanomètres et la longueur autour du micromètre, est, dans l'idéal, ordonné en structures hexagonales. Il est aujourd'hui fabriqué et étudié sous toutes ses facettes par une communauté de chercheurs toujours plus importante. Pourquoi ? « Parce que sur le papier, son potentiel est incroyable », explique Catherine Journet, maître de conférences et chercheuse au LPMCN. Il peut se comporter comme un métal, mais il peut être aussi un bon semi-conducteur. Il possède en outre d'indéniables propriétés optiques, chimiques et mécaniques : à la fois léger et très résistant à la rupture, à la déformation, il est aussi très flexible. Du coup, il a une incroyable faculté à se courber jusqu'à des angles très importants, à se déformer et à se tordre. Bref, ce petit bijou offre vraiment des perspectives intéressantes en tant que composant électronique (connecteur, opto-électronique, lasers…) et en tant que renfort mécanique (composites), mais aussi pour stocker de l'énergie (batterie). « En fait, toutes ses propriétés dépendent du nombre de feuilles de graphite et de la manière dont elles se sont enroulées », précise la chercheuse. Et déjà quelques applications émergent. Sur le plan mécanique, le Groupe d'étude de métallurgie physique et de physique des matériaux à Villeurbanne ¹³ étudie notamment des nanocomposites à matrice polymère renforcés par des nanotubes. Les polymères ainsi obtenus offrent beaucoup plus de résistance. Dans le domaine de l'énergie, de premiers essais de stockage d'hydrogène par adsorption ont été réalisés à l'Institut de science et de génie de matériaux des procédés (IMP) d'Odeillo ¹⁴. Enfin, des applications écrans plats sont développées à base de nanotubes de carbone au Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Leti) ¹⁵ à Grenoble.

Sur le papier donc, c'est un rêve. « Mais, pour l'instant, il n'est pas encore vraiment exploitable, avoue Catherine Journet. On ne maîtrise pas encore bien les différents procédés de fabrication en masse et la reproductibilité de ses propriétés. » Et dans le domaine de la microélectronique par exemple, ce n'est pas pardonnable. De même, Stephen Purcell, directeur de recherches au LPMCN, constate qu'il n'est pas évident de développer les procédés qui permettent la fabrication de nanotubes ayant des propriétés voulues pour chaque application. Un progrès néanmoins à mettre à son actif : son équipe a développé une méthode originale, basée sur l'émission électronique par effet de champ (voir glossaire en bas de page), qui lui permet de mesurer rapidement, efficacement et simultanément plusieurs propriétés intrinsèques de chaque type de nanotube.

Autres nano-objets qui ont le vent en poupe en raison de leurs propriétés nouvelles à l'échelle nanométrique : les nanoparticules d'or. « Pourtant, en 1982, quand un chercheur japonais a montré qu'à des tailles de 2 ou 3 nm, les particules d'or devenaient catalytiques, c'est-à-dire qu'elles étaient capables d'éliminer l'oxyde de carbone, on a pensé à un canular, annonce Olivier Pluchery, physicien et maître de conférence à l'Institut des nanosciences de Paris ¹⁶. L'or est en effet le métal le plus inerte qui soit à l'état naturel. » Les physiciens ont également montré que l'or à cette taille acquiert ainsi une très bonne sensibilité optique.

On est loin d'avoir fait le tour des laboratoires qui ont les nanosciences et les nanotechnologies pour vocation, car, note Robert Plana, « elles représentent aujourd'hui un axe prioritaire de recherche ». Et si on peut être simplement admiratif devant ces nouvelles connaissances scientifiques, il est important aussi d'orienter ces recherches dans des domaines où leurs applications laissent présager de grandes innovations et des transferts technologiques vers l'industrie ¹⁷.

Fabrice Impériali

Qu'est-ce qu'un nanomatériau ?

Un nanomatériau est composé de nano-objets selon un arrangement contrôlé. Avec ces nano-objets, les chercheurs essaient d'améliorer certaines propriétés des matériaux ou de leur en apporter de nouvelles. Comment procèdent-ils ? Ils ont trois possibilités :

– en structurant les matériaux en surface avec des nano-objets : plus les objets sont petits, plus il y a de surface d'échange, plus il y a alors de réactivité entre le matériau et son environnement. Objectif : obtenir des propriétés déterminées (résistance à l'érosion, catalyse…) ou de nouvelles fonctions (adhérence, esthétique, optique, électronique…) ;

– en renforçant les matériaux par des nano-objets incorporés. Ils apportent une nouvelle fonction (optique, thermique) ou modifient des propriétés physiques (renfort, allégement). Un exemple : des composites renforcés par des particules métalliques pour rendre des plastiques conducteurs ;

– en concevant des matériaux en volume avec des nano-objets. Dans ce cas, il est difficile d'obtenir une grande quantité de matière. La vocation des nanomatériaux est donc plutôt d'être intégrés à des matériaux massifs ou d'être déposés sur des surfaces.

F. I.

LES NANOSCIENCES EN FRANCE

En 2001, le ministère chargé de la Recherche, en partenariat avec le CNRS et le CEA, a lancé un programme national pour financer la recherche fondamentale en nanosciences et la recherche orientée vers l'industrie ainsi que des infrastructures. Ce programme est aujourd'hui repris par l'Agence nationale de la recherche (voir www.gip-anr.fr/appels/2005/pnano.htm).

La recherche fondamentale française en nanosciences implique 180 laboratoires, dont 160 associés au CNRS, et 1 700 chercheurs et enseignants-chercheurs. Elle s'appuie, pour la fabrication et l'étude des nano-objets, sur un réseau national de cinq centrales associant le CNRS, le CEA et les universités, en région parisienne, à Lille, à Toulouse, en Rhône-Alpes et à Besançon. Munies d'équipements lourds (salles blanches, microscopes à balayage…), elles regroupent les moyens technologiques nationaux et offrent des collaborations aux autres laboratoires. S'ajoutent également huit centrales régionales, dotées d'équipements plus spécifiques et complémentaires aux grandes centrales.

La structuration de la communauté scientifique s'appuie également sur trois centres de compétence appelés C'Nano, en Île-de-France, Grand Est et Rhône-Alpes (et trois centres en projet) regroupant des laboratoires en région.

Sur le plan budgétaire, la France injecte 150 millions d'euros dans les nanosciences, ce qui la situe dans le peloton de tête européen derrière l'Allemagne : 250 millions, et le Royaume-Uni : 200 millions, mais loin derrière les États-Unis ou le Japon.

C'est pourquoi, pour faire face à la compétition internationale, le ministère a pris l'initiative de coordonner son action avec celle de nos voisins et a chargé le CNRS de construire un réseau européen en s'appuyant sur un instrument de la Commission européenne, « l'Eranet », qui a pour vocation de coordonner les programmes et les financements des organismes de recherche nationaux. Ce consortium, appelé NanoSci-ERA, rassemble douze organismes issus de neuf pays.

Son objectif est de coordonner les politiques nationales en recherche fondamentale en nanosciences et de susciter des collaborations entre les chercheurs. Les premiers appels d'offres devraient être lancés vers mi-2006.

F. I.

Contact : Izo Abram

Izo.abram@cnrs-dir.fr

Glossaire

Microscope à force atomique

Il permet d'observer la surface des matériaux isolants tels que les polymères, les céramiques et les matériaux biologiques.

Sa pointe est fixée sur un bras de levier flexible qui suit le relief du matériau à observer. La déformation du levier, éclairé par un laser, est mesurée par un photodétecteur et enregistrée sur un ordinateur.

semi-conducteurs

Matériaux possédant des propriétés de conductivité électrique intermédiaires entre les métaux et les isolants.

Nano-objets

Objets 0D : nanoparticules (agrégats, colloïdes, cristaux, fullerène) composées de quelques dizaines à quelques milliers d'atomes regroupés en paquets ou assemblés en forme de cage.

Objets 1D : nanotubes de carbone, nanofils, dont la dimension nanométrique concerne le seul diamètre.

Objets 2D : nanocouches ou couches minces de quelques nanomètres d'épaisseur déposées

sur un matériau massif.

Frittage

Opération qui permet, par diffusion atomique à chaud, d'établir des ponts de matière entre les grains, puis de réduire la porosité.

En phase gazeuse

PVD (physical vapor deposition) et CVD (chemical vapor deposition) : méthodes de synthèse des nanoparticules et des couches minces. La matière est pulvérisée sous forme gazeuse, par différents procédés physiques (laser…) ou chimiques (plasma…). La vapeur est refroidie par des collisions avec un gaz neutre et le matériau est collecté le plus rapidement possible sur une paroi froide sous vide.

Effet de champ

Un nanotube fixé sur un support est soumis à une tension. Des électrons sont émis, et par effet tunnel, passent à travers la barrière de surface pour atteindre un écran donnant une image agrandie du nanotube.

Notes :
1. nanomètre = 10-9 mètre. Un atome mesure entre 0,1 et 0,4 nanomètre. En réalité, la première image d'un atome a été obtenue en microscopie ionique en 1953.
2. Il est responsable du groupe « Nanosciences et picotechnologie ».
3. In www.spm.cnrs-dir.fr/nanosciences, site « Nanosciences » du département SPM.
4. Il anime le groupe Nanomat.
5. C'est pourquoi, à cette échelle, les physiciens appliquent les lois de la mécanique quantique.
6. Elle est professeur à l'université Paris-X et membre du Comets (Comité d'éthique du CNRS).
7. La première application commerciale à l'initiative de General Motors a été l'introduction de nanocomposites dans des marchepieds.
8. La modélisation associée à l'infiniment petit va permettre de prendre en compte des phénomènes multi-physiques et multi-échelles nouveaux.
9. Éric Gaffet, directeur de recherche au CNRS au sein de l'équipe « Nanomaterial Research Group » à Belfort (CNRS / université de technologie Belfort-Montbéliard), élabore ainsi de nouveaux matériaux.
10. Notons par exemple les réactions en milieu liquide : précipitation des nanoparticules obtenue par modification des conditions de l'équilibre physico-chimique et les techniques sol-gel.
11. Voir aussi les travaux de Marie-France Carlier (CNRS, Gif-sur-Yvette) sur la mobilité cellulaire (www2.cnrs.fr/presse/communique/576.htm) et de Gérald Dujardin sur le contrôle des mouvements d'une molécule (www2.cnrs.fr/presse/communique/674.htm).
12. CNRS / université Claude Bernard Lyon-I.
13. CNRS / Insa.
14. Laboratoire CNRS (voir Le journal du CNRS, n° 160-161). Consulter le site web
15. CEA / CNRS.
16. CNRS / universités Paris-VI et VII.
17. Un observatoire des micro- et nanotechnologies (OMNT) a été créé par le CNRS et le CEA pour assurer une veille stratégique dans ces domaines. Sa mission : anticiper les ruptures technologiques et fournir une information fiable aux acteurs français du secteur.

Contact

Christian Joachim, joachim@cemes.fr
Gérard Benassayag, benassayag@cemes.fr
Éric Gaffet, eric.gaffet@utbm.fr
Alain Perez, alain.perez@lpmcn.univ-lyon1.fr Catherine Journet, catherine.journet@lpmcn.univ-lyon1.fr
Stephen Purcell, stephen.purcell@lpmcn.univ-lyon1.fr
Olivier Pluchery, olivier.pluchery@insp.jussieu.fr

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