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.