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Nanosciences et Nanotechnologies
Qu’est ce qu’un nanomètre ? Le Nanomonde
Structuring with single atomsSource: Institut f.r Experimentelle und Angewandte Physik, Universit.t Kiel
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Plan de l’exposé
Qu’est ce que le nanomètre? Qu’est ce que le nano-monde?Contexte scientifique et technique
Nanosciences et nanotechnologies dans le monde
Nanosciences et nanotechnologies : quelles retombées?Quelques exemples
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Echelle du Nanomonde
0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 m 10 m 100 m 1 mm 1 cm 10 cm 1 m
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Les grandes étapes de la technologie et de l’industrie
Pré
cis
ion
des p
rocéd
és (
en
m
) 1000
1
0,001
1800 1900 2000
Définition du nano-objetUne dimension au moins
est nanomètrique
Ex: boites quantiques,molécules…..
Contrôle à l’échelle du mmPremière révolution industrielle à la fin du XIXème Siècle
Drilling machine of Wilkinson (1774)1270 mm hole with accuracyof 1 mm
Contrôle à l’échelle du mDéveloppement de la microélectronique au
milieu du XXème siècle
Contrôle à l’échelle du nmTroisième révolution industrielle au début
du XXIème siècle?Jack Kilby first integrated circuit (1958)
Nanotubes de carbone
Années
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Invention du circuit intégré
Inventé en 1958 par Jack Kilby (en fait technologie planaire)(prix nobel en 2000)
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Evolution des calculateurs
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Pentium 4
2000
50.000.000 transistors
puce de 2cm*2cm*1mm
boîtier 5cm*5cm*1cmqq. 100 connexions
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Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication
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Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication
Chiffres d’affaire comparés
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transistor
Contexte scientifique et technique
Deux approches convergentes :
L’approche « top-down »
Celle de la microélectronique
Réalisation de composants nouveaux, présentant des effets physiques nouveaux et propriétés nouvelles, spécifiquement liés à leur taille nanométrique.
(ex: têtes de lecture à magnétorésistance géante, nanotubes pour écrans plats…)
L’approche « bottom-up »
Celle de la chimie et biologie
Ingénierie de molécules ayant des fonctionnalités nouvelles, auto-assemblage, biomimétisme
Biopuce à ADN
Puce
1 m
100 mm
10 mm
1 mm
100 µm
10 µm
1 µm
100 nm
10 nm
1 nm
0,1 nm
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Source : Pour la Science - 2001
Nanosciences et NanotechnologiesChimie et matériaux
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Source : Pour la Science - 2001
Contrôle à l’échelle de l’atome
Nanosciences et NanotechnologiesChimie et matériaux
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Une croissance sans précédent des budgets consacrés aux nanosciences et nanotechnologies aux États-Unis,
au Japon, en Europe.
2001 2002 2003 2004
270 M$
422 M$
604 M$
710 M$
245 M$
465 M$
750 M$
1000 M$
200 M$
225 M$
400 M$
850 M$
Etats-Unis Japon Europe
Nanosciences et Nanotechnologies dans le monde
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Worldwide public and private expenditures in 2004 for Nanosciences and
Nanotechnologies
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Eu absolute public expenditure in 2004
(Nanosciences and Nanotechnologies)
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• Nanosciences: étude fondamentale des propriétés des nano-objets, nanostructures, nanosystèmes et des phénomènes nouveaux observés à l’échelle atomique ou moléculaire
• Nanotechnologies: utilisation et contrôle à l’échelle nanométrique de ces propriétés en vue d’applications spécifiques
Domaine en croissance rapide
Nanosciences et Nanotechnologies dans le monde
Publications
Brevets
1990 2002
3000
21000
De 1996 à 2001 : 90000 publications
21% Autres
13% J apon26% USA
40% Europe
1990 2002
300
1800
De 1996 à 2001 : 5000 brevets
11% Autres
6% J apon
43% USA
40% Europe
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BibliometryNano-objects & Nano-materials - Publications
(2000-2004)
7056
4706
3701
2774
18251344
991
395 343 234
Germ
any
Fra
nce UK
Italy
Spain
Neth
erl
ands
Isra
el
Fin
land
Aust
ria
Slo
vakia
Total
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Bibliometry
Nano-biosciences - Publications (2000-2004)
995
589
370
229 191107 90 57
13
602
Germ
any
UK
Fra
nce
Italy
Spain
Neth
erl
ands
Isra
el
Aust
ria
Fin
land
Slo
vakia
Total
Nano-biosciences- Publications (2000-2004)
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Materiaux(matériaux
nanostructurés, matériaux composites, matériaux chargés, catalyseurs...)
Nanosciences et NanotechnologiesQuelles applications?
Electronique et communication
(réduction des tailles et augmentation de la puissance de calcul, écrans plats...)
Développement durable(nanosources d’énergie,
traitement de l’eau & nanofiltres...)
Pharmaceutique, biotechnologie,
santé (thérapie cellulaire, diagnostic in
vivo, domotique, biopuces...)
Automobile, aéronautique et espace(peinture insalissable, plastiques
ininflammables, verres auto-nettoyantstextiles autoréparables, capteurs, matériaux résistants et légers...)
Défense et Sécurité(détecteurs et correcteurs
d'agents chimiques et biologiques …)
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Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication
Mémoires haute densitéEnregistrement de données avec des médias utilisant les nanocouches et les points quantiques, spintronique, …
Dispositifs rapidesVitesses de traitement et capacités d'enregistrement accrues et moins coûteuses…
Nouvelles architectures de circuitsDispositifs nanofabriqués, circuits hybrides, nano-opto-électronique, circuits de plus grande densité d’intégration et plus faible dissipation thermique… Nouveaux protocoles de
communicationCryptograhie quantique, technologie sans fil…
Nouveaux dispositifsÉcrans plats, spintronique, électronique moléculaire…
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Transistor moléculaire hybride, obtenu en déposant par peignage moléculaire un nanotube de carbone sur un circuit à 4 électrodes séparées par 100 nm. L'objectif de cette recherche est de réaliser des nano-composants électroniques utilisant un seul nanotube de carbone.
CNRS Photothèque / ONDARÇUHU, Thierry
Nanosciences et NanotechnologiesElectronique et communication
Source : Pour la Science - 2001
Nanotubes de carbone
Source : Pour la Science - 2001
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Guides optiques
Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication
IRCOM LPN-CNRS
6 microns
LPN-CNRS
Nanosources photoniques
Nanosystémes photonique
© S. David/CNRS Photothèque
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Nanosciences et NanotechnologiesPharmaceutique, biotechnologique,
santé Nanobiomatériaux et nanomatériaux biomimétiquesBiomolécules uniques et assemblages biomoléculaires, matériaux de remplacement biocompatibles…
Compréhension du monde vivantAnalyse de processus à l’échelle nanométrique in vivo, utilisation de nanoparticules fonctionnalisées et ciblables, de nanosondes,...
Manipulation et nano-fluidiqueNano-instrumentation, nanovecteurs biomoléculaires, nanocapteurs,…
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Source : Pour la Science - 2001
Nanosciences et NanotechnologiesPharmaceutique, biotechnologique,
santé
![Page 25: Nanosciences et Nanotechnologies Quest ce quun nanomètre ? Le Nanomonde Structuring with single atoms Source: Institut f.r Experimentelle und Angewandte](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022062511/551d9d7f497959293b8b760f/html5/thumbnails/25.jpg)
Nanosciences et NanotechnologiesPharmaceutique, biotechnologique,
santé
Source : M. Dahan - LKB
Image de récepteurs de la glycine dans des neurones
Réseau de nanotubes issus d’une vésicule géante en microscopie de fluorescence.
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Les Nanosciences et les Nanotechnologies caractère pluridisciplinaire et fédérateur très marqué
Des compétences Pluridisciplinaires
Des installations techniques d’élaboration et de
caractérisation
salles blanches, plates-formes Technologiques
© CNRS Photothèque / Jérôme Chatin
Physique
Chimie
Biologie
Métrologie
Modélisation multi-phénomèness à plusieurs échelles
Traitement du signal
Architectures
…….
Contexte scientifique et technique
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Questions en lien avec le développement des nanosciences et des nanotechnologies
• L’utilisation de nano-objets, nanocomposants, nanosystèmes est à l’origine de réflexions nouvelles sur la mesure, la définition de normes.
• Le développement des nanosciences et des nanotechnologies soulève un certain nombre de questions, d’ordre éthique ou sociétal.
Extrait de Nanosciences : nouvel âge d'or ou apocalypse ?L. Laurent et J.-C. Petit du Drecam.
Contexte scientifique et technique