1

Nanotechnologie ou le procès du progrés

L. Laurent

Master Management de la Technologie et de l’Innovation

Le 6 mars 2009

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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

Ongle 1nm/s

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Les micro – nanotechnologies: accélération et unificationLes micro – nanotechnologies: accélération et unification

MA. Reed (Yale)

Cate et al. 1999

IBM

Physique - chimie - biologieInformatique- MemsFluides- Communications

Convergence « rétroactive »autour du nm

micromètre

Sandia NL 2002

APIBIO

Intel

4

Qu’est ce qui change ?

Poids relatifs des effets physiques

Mécanique quantique

La taille

IBM

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Techniques de fabrication: la microlithographie

Lithographie

- Optique- Électrons- Ions

Résine

Exposition

Révélation

Gravure

Résine

Substrat

Masque

Cornell

6

Nanotechnologies - pour quoi faire ?

1) Procédés existant indépendamment de la démarche «nano» Catalyse, traitement de surface, matériaux, cosmétique

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

Innovations issues des laboratoires Nanotubes, boites quantiques, électronique moléculaire,…

Diffusion dans divers secteurs (électronique, éclairage, matériaux, énergie…)

Création de nouvelles industries ou à terme des mutations profondes

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Une évolution forte et non achevée

Internet

Ordinateur central

Ordinateur personnel

Terminaux « nomades»Objets « intelligents »

1960 1980 2000 2020

Grosse infrastructure Serveur Google

8

Moteur individuel

Moteur central

1900 1950 2000 2050

Moteurs omniprésents

Matériaux actifs ?

9

Inventaire du centre Woodrow Wilson

0 20 40 60 80 100 120 140

Sport et santé

Electronique et informatique

Maison et jardin

alimentation

Divers

Transport

Appareils

Articles enfants

Recherche de produits pour lesquels des nanotechnologies, sont explicitement mentionnées

http://www.nanotechproject.org/http://www.azonano.com/Applications.asp

Sous estimé

10

Les matériaux

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Bleu Maya (Cacaxtla,Mexique)

Nanomatériaux anciens

Porcelaine de Sevres (Ph. Colomban)Coupe Lycurgus (Nature)

Acier Damassé (J.D. Verhoeven)

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Nanomatériaux : effet en surface ou en volume

Pneu vert Caoutchouc-silice

BMC - NissanPolymère - nanotube

General motorsPolymère - argile

Gecko artificiel A. GeimEffet Lotus

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Pascaline (1640)

Le calcul et les technologies de l’information

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Triode 1907 par Lee de Forest

CNN

Transistor 1947 J. Bardeen, W. Brattain, W. Shocley

Relais vers 1830 par Joseph Henry

Circuit Intégré 1959 par Jack Kilby

Les composants de base

Texas Instrument

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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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1. Poursuivre l’intégration, basse énergie2. Nouvelles architectures3. Autres concepts- Calcul quantique- Calcul « biologique », combinatoire

Les nanotechnologiesAccompagner l’ évolution (matériaux, concepts, sources d’énergie)

• Diversification des fonctions en restant compatible avec la microélectronique

Il ne s’agit pas nécessairement de supplanter le silicium (très difficile) • Enrichissement des circuits pour en faire plus

• Pour faire « autre chose »

Y

Y

YPYP

Z

YPYP

A

BP

B

BPR

A

A

Recherche fondamentale: pas de roadmap

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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

18

Autres méthodes de calcul ?

1,0E-09

1,0E-06

1,0E-03

1,0E+00

1,0E+03

1,0E+06

1,0E+09

1,0E+12

1,0E+15

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Electromécanique

OP

sec

on

des

/100

0€ ?

Poursuivre la démarche: relais – tube – transistor

L’exemple du vivantLe cerveau (100 milliards de neurones - 10000 connections/pièce – 30 WArchitecture en volume, forte connectivité (milliers de milliards de composants/litre)

Post CMOS

19

Le vivant

20

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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La rencontre technologies de l’information et du vivant

IMEC

Implant rétinien optobionics (2000)

Cheri Robertson

Peter Fromherz

22

Environnement

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Développement durableEnergie

• Conversion d’énergie•Solaire• Batteries• Piles à combustible

• Hydrogène

• Economies• Matériaux• STIC

Matériaux et procédés • Matériaux recyclables ou dégradables

• Procédés de dépollution

• Purification, filtration

Agriculture – environnement • Monitoring• Lutte raisonnée contre les nuisances• Traçabilité

Va Q Tec

Ciment TX ARIA de CALCIA (TiO2)

Greatcell

Syngenta

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DE LA SCIENCE A LA FICTION

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La fabrication exponentielleLa fabrication exponentielle

Le vivant le fait et est le seul à pouvoir le faire à l’échelle microscopique

→ Exemple insuline (Roger Genet DIEP):

- 1 ribosome fabrique 1 une molécule/5s

- 2000 ribosomes par cellule

- Doublement de la population en 20 mn

- 1013/litre fabriquent qq décigrammes/litre

Y a-t-il d’autres systèmes possibles (E. Drexler 1986 ?) - Discussions de principe

- Y a t-il d’ autres façons de faire que ce que fait le vivant (exobiologie) ? - Peut-on concevoir et réaliser des systèmes aussi complexes

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La fabrication exponentielleLa fabrication exponentielle

• Un gramme d’eau = 10 23 atomes à assembler

• Unité de production de nanorobots

- 1 opération par seconde

- 100 milliards d’individus

317 siècles de travail pour assembler un gramme

→ ou … unités de productions

qui se fabriquent elles mêmes

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Techniques de la microélectr. Mais aussi

Chimie Autoassemblage

Extrapolés de machines

macroscopiques

Cellules artificiellesVirus synthétiquesHybrididationOrigine de la vieExobiologie

AutoassemblageMorceaux Approches théoriques

OGMCellules minimales

Autres ensembles de techniques d’assemblage ?Peut on appréhender voire créer un le vivant ?Quel cadre pour appréhender ces systèmes ?

Complexité et nanomonde

Systèmes artificiels Systemes naturels

Systèmes optimisés pour le monde nano.

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Débats

29

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

2000 2002

Bill Joy

Caroline Lucas

Greenpeace

Katherine Albrecht

J.-P. Dupuy

2005

30

2006 : Quatre rapports Français2006 : Quatre rapports Français

CPP

AFSSET

COMET CNRSCNE

31

La question de La question de

la « nanotoxicité »la « nanotoxicité »

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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

Le développement des nanomatériaux sera gouverné par :

• la plus value apportée

• l’évolution des connaissance sur leur éventuelle toxicité

• l’évolution des pratiques de recyclage

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

33

L’informationL’information

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Aspects sociétaux

Effets négatifs sur la santé et l’environnement- Devenir/recyclage des matériaux- Effet des ondes électromagnétiques

Effets négatifs sur l’individu Perte de la vie privée (au niveau national et au delà)

-à des fins commerciales-Pour des raisons de sécurité (patriot act)

Aspects éthiques Complexité des systèmes

- Vulnérabilité des infrastructures- Situations de dépendance vis-à-vis du fournisseur- Perte de souveraineté

Effets sur la société- Création artistique- Commerce- Réseaux sociaux- Jeu

ZDNET.fr

ADEME

RFID WEBLOGSecuritysolutions.com

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Le cas des RFIDLe cas des RFID

Les Radio Frequency Identification Devices

Système émettant à un code barre électromagnétique

Exemples d’usage

– Suivi de stock de l’usine au consommateur

– identification – sécurisation (Pass, badge, ..)

– Objets communicants

Mouvements forts (surtout aux USA)

– Vie du tag après l’achat ? , ….

– Implantation de puces

Projet de charte/ débat

– Avertir le consommateur

– Utilisation de données ?

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Questions plus globalesQuestions plus globales

• Tendances– Difficulté de pour la maîtrise de données personnelles– Nombreux systèmes « communicants »– Généralisation des informations géographiques

• Nouvelles questions – Compromis entre confort, service et sphère privée– Compromis entre sécurité et sphère privée

• Exemple: les fichiers d’empreintes génétiques

• …. Pas si nouvelles – Téléphone cellulaire, cartes de crédit – Valeurs variables avec l’époque Importance de:– qui a le bénéfice de l’innovation – confiance dans le promoteur, – impression de contrôler, de décider (le téléphone et le relais)

• Un nouveau type de données ?

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Convergence NBICConvergence NBIC

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Les applications militaires

Jürgen Altmann, Military nanotechnology: Potential applications and preventive arm control »

• Retombées de recherches civiles (Matériaux, information Systèmes intelligents, gains en poids, stockage de l’énergie Capteurs (smart dust), logistique Systèmes autonomes: véhicules, munitions intelligentes (balles micro missiles)

Blindages et accessoires légers (mais pas de miracle), camouflages actifs,

• Nanomédecine:– Analyses médicales en temps réel, détection d’agression, soins,

– Interface cerveau – machine (rapidité, sens supplémentaires)

– Modification du comportement

• Recherches plus spécifiques– Microrobotique (de centimétrique à submillimétrique) – Hybrides bio-mécanique (« ratbots », insectes,…)

• Systèmes autorépliquants (spéculatif)– Fabrications rapide d’armements– Arme de destructions massives (humain ou matériel)

US Army Soldier Systems Ctr

Tokyo University

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La Convergence NBIC La Convergence NBIC NNano – ano – BBio – io – IInfo – nfo – CCognoogno

Biologie

Neurologie

Sciences de la cognition

Technologies de L’information

Milliards de neurones10000 connections/neurone

millions protéines/cellule)3 milliards de bases (génome humain) )

Milliards de transistors

Nanosciences

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1. Nouvelles technologies pour compléter l’humain ?

• Pallier des déficits (maladie, accidentel) Vision, audition, organe déficient Améliorer la vie (vaccins, lunettes, ..)

• Suprématie (pesonnelle, économique, militaire) : explicite Dopage Protection, amélioration des capacités→ Avons-nous le choix ? L’homme augmenté et le transhumanisme

2. La santé: indicateur biologique de prédispositions

- Démocratisation des tests

Nouvelles questions (2)Nouvelles questions (2)

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Que sont vraiment les Que sont vraiment les nanotechnologies ? nanotechnologies ?

4242

Nanosciences et nanotechnologies: Une construction efficace

Ca n’est pas une discipline

Unification de domaines variés autour d’une échelle de longueur (physique, chimie, biologie, semi conducteurs,….).

– “Description simple”, nouvelle image de la science (→ moyens financiers)– Une « tradition »: discours de Feynman, jalons au 20 éme siècle– Effet de mode mais utile :

Favorise innovationFavorise la transdisciplinarité et les convergences science technologie Impacte les organisations (plates formes technologiques, réseaux,..)

Autres exemples:Les systèmes complexesFin du 19 ème siècle : zymotechnologie (agro alimentaire)

4343

Nevertheless not a virtual domain.Organization around large clusters

+471 %

between 1998 and 2006

+105 %

between 1998 and 2006 +77 %

between 1998 and 2006

L. Villard et/ B. Kahane, LATTS version 2/4/08

Projects CEA/PRIME et ANR Nanobench (Delemarle, Kahane, Laredo, Mangematin, Rieu, Villard) Database of 500000 geolocalized publications + keyword analysis

Average growth rate of « nano » publications + 11% /year since 1998

+50 % between 1998 and 2006

http://www.nanotrendchart.com/

44

Le rôle très fort de l’imaginaire

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Le HYPE

EU - Mai 2004: (Only in French version !) Nanotech applications include atomic size nanorobots which can be injected inside the body to treat

Foresight institute

EU - Mai 2004: Parmi les applications des nanotechnologies, on peut citer des "nanorobots" de taille atomique pouvant être injectés dans le corps pour soigner des maladies

John Burch

4646

Des représentations variées

Développement durableNano medecineCompetitivitéInnovation

Nano robots,NBICVie artificielle

dans la vie de tous les joursSport et santé: 502 produitsMaison et jardin: 91 produitsNourriture: 80 produitsElectronique : 56 produitshttp://www.nanotechproject.org/

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Nano = image ambiguë

4848

Toxicité, risquePetit , invisible,

Ethique Manipulation de l’homme ,

Puces implantées Controle des individus

Vie privée, libertésRFID, puces invisibles

Regroupement de domaines scientifiquesmais aussi regroupement des questionnements associés

“Nano” = marque efficaceTout produit “nano” est associé à

des questionnements variés ETC

Group

Aspects positifs: moyen d’établir un dialogue science société

Mais aussi une tendance avérée: faire des nanos un objet de débat spécifiquerèglementation spécifique, des débats spécifiques..

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Vivagora

2006: Nanomonde and Nanoviv France Cycles de 6 debats – OuvertPuhblic + experts identifiés dans la salle Recommendations

Ile de France et aussi EPE/APPA

2006 – 2007: Deux conférences citoyens

16 personnes choisies au hasard - 10 sessions de formation Audition de témoins, délibération

Recommandations

Photo Dominique Champion

Cité des sciences

2007: Débats - Cahier d’acteurs- Questions aux industriels, aux acteurs de la recherche - Exposition

50www.agence-nationale-recherche.fr

De l’imprédictibilité de l’effet d’une découverte

1900 2005

Bells Lab

http://www.sxc.hu/photo/438908

http://www.sxc.hu/photo/762156

e commerceContenus auto produitsMondes virtuels multiutilisateursPropriété artistiquePresse et média

Couplage/combinaisons de découvertesCouplage avec des besoinsCouplage avec des logiques économiques

Physique du solide

Transistor

Informatique

Internet

Une tendance forte: croire en un lien fort entre découverte et application