Les nanotechnologies et les nano-objets regroupent les techniques et les outils du monde de l’infiniment petit : le millionième de millimètre. Travailler à une telle échelle offre des perspectives immenses dans de nombreux domaines : informatique, cosmétique, énergie… En santé, les « nanos » devraient conduire à d’importants progrès dans les méthodes diagnostiques et les approches thérapeutiques. Un champ d’innovation dont, probablement, on aperçoit encore à peine le potentiel… mais aussi les risques éventuels.
Derrière l’effet d’annonce, plusieurs études ont été menées pour appréhender l’évolution de nanotechnologies et des nanosciences. Ainsi, en considérant le fait que les définitions ne sont pas stabilisées, la composante commune des différentes méthodes utilisées est de mesurer l’activité nanotechnologique sous trois angles : publications scientifiques (plutôt pour les connaissances fondamentales), brevets (plutôt pour les aspects technologiques), et éventuellement institutions et entreprises concernées ou encore les capitaux investis (pour mesurer l’activité économique et industrielle réelles).
Définition:
Les nanosciences et nanotechnologies (d’après le grec νάνος, « nain »), ou NST, peuvent être définies au minimum comme l’ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de structures (physiques, chimiques ou biologiques), de dispositifs et de systèmes matériels à l’échelle du nanomètre (nm), ce qui est l’ordre de grandeur de la distance entre deux atomes.
Les NST présentent plusieurs acceptions liées à la nature transversale de cette jeune discipline. En effet, elles utilisent, tout en permettant de nouvelles possibilités, des disciplines telles que l’optique, la biologie, la mécanique, microtechnologie. Ainsi, comme le reconnaît le portail français officiel des NST, « les scientifiques ne sont pas unanimes quant à la définition de nanoscience et de nanotechnologie ».
Les nanomatériaux ont été reconnus comme toxiques pour les tissus humains et les cellules en culture. La nanotoxicologie étudie les risques environnementaux et sanitaires liés aux nanotechnologies. La dissémination à large échelle de nanoparticules dans l’environnement est sujette à des questions éthiques.
C’est Pas Sorcier: la Nanorobotique
Aspect énergétique
On peut voir des avancées dans le domaine du stockage, de la production d’énergie ainsi que dans celui des économies d’énergie.
- Des structures empilées de semi-conducteurs permettent d’atteindre de bien meilleurs rendements pour les cellules photovoltaïques.
- Des réductions de la consommation d’énergie sont rendues possible par des systèmes d’isolation thermique, une amélioration des matériaux conducteurs. Dans le domaine de la production de lumière, l’utilisation de matériaux issus des nanotechnologies tels que les LED permettent d’obtenir un rendement très intéressant.
- L’utilisation de matériaux nano-poreux pour le stockage de l’hydrogène pourrait enfin permettre de démocratiser son utilisation, actuellement bloqué par la faible quantité d’hydrogène stocké dans les réservoirs conventionnels qui sont par ailleurs bourrés de défauts (fuites, rendements médiocres, lourds, chers, etc.).
Les nouvelles technologies de l’énergie
Exemple d’innovation possible grâce au nanotechnologie :
- Stockage d’énergie
– Le stockage d’hydrogène sous forme d’hydrures de magnésium (MgH2) solides et nanostructurés, en couplage avec un générateur d’hydrogène par électrolyse ou photolyse de l’eau, pourrait devenir compétitif. L’hydrogène peut ensuite alimenter des piles à combustible ou être transporté pour d’autres applications comme les centrales à cogénération.
– Supercondensateurs : l’utilisation de nanomatériaux devrait augmenter leur capacité de stockage d’énergie
Aspect électronique
Au-delà d’un prolongement naturel de la microélectronique vers les basses dimensions et les très hautes fréquences, la nanoélectronique représente un enjeu technologique majeur. Selon les prévisions, cette (r)évolution se situe à l’horizon 2020 pour le milieu économique, c’est-à-dire aujourd’hui dans les laboratoires de recherche.
Au sein du milieu scientifique, la nanoélectronique est un axe privilégié par la recherche. En effet, elle représente un enjeu technologique majeur pour faire face aux divers défis technologiques lancés par la miniaturisation des dispositifs. Cet article propose une étude de la nanoélectronique qui permet d’ouvrir une porte sur le nanomonde.
Les structures des puces électroniques ou des circuits intégrés sont déjà à l’échelle du nanomètre et utilisent intensivement les nanotechnologies. Les avancées sont constantes dans les domaines des communications, du stockage d’information et du calcul.
Il n’y a guère longtemps, on considérait qu’intégrer des composants de deux microns, (soit 2*10-6 m), serait le seuil de miniaturisation absolu pour des dispositifs à semi-conducteurs (l’épaisseur du trait sur les circuits des premiers processeurs d’Intel était de l’ordre de 10 microns. À cette époque, on pensait qu’il serait bien difficile de dépasser la barrière d’un micron).
Deux difficultés majeures prédominent dans la construction de circuits électroniques à base de nanotechnologie, et donc dans l’émergence de la nano-informatique :
- À l’échelle du nanomètre, tout objet n’est qu’un assemblage des mêmes briques élémentaires : les atomes. À cette échelle du millionième de millimètre, les propriétés physiques, mécaniques, thermiques, électriques, magnétiques et optiques dépendent directement de la taille des structures et peuvent différer fondamentalement de celles du matériau au niveau macroscopique, tel qu’on l’exploitait jusqu’à présent.
- On est à ce jour incapable de maîtriser l’assemblage coordonné d’un très grand nombre de ces dispositifs de commutation sur un circuit et encore moins de réaliser cela sur un plan industriel.
La Nanotechnologie dans la médecine:
Le monde des nanotechnologies offre des champs d’application d’une diversité folle. C’est notamment le cas au niveau médical, mais également au niveau militaire, sportif, et informatique. La performance des soins, les possibilités de reconstruction et d’innovations médicamenteuses laissent entrevoir des perspectives spectaculaires. Mais se pose la question des limites à imposer, des barrières éthiques. Aujourd’hui, la nanomédecine avance. Les résultats et les promesses sont au rendez-vous. L’application des nanotechnologies au domaine médical est en phase de révolutionner la pratique des soins médicaux dans le monde entier. La cause principale de cette révolution, c’est la taille des outils construits, qui permet d’appréhender, de diagnostiquer et aussi de combattre la maladie. Tout cela avec une précision et une efficacité nouvelle. Les communautés biologiques et médicales exploitent les propriétés des nanomatériaux pour des applications variées (des agents contrastants pour l’imagerie de cellules, des thérapeutiques pour la lutte contre le cancer). On regroupe sous le terme de nanobiologie et de nanomédecine les applications dans ce domaine. En France, Patrick Couvreur est le plus ancien représentant des chercheurs de ce courant des NST. On peut ajouter des fonctions aux nanomatériaux en les interfaçant avec des structures ou des molécules biologiques. Leur taille est en effet assez proche. Les nanomatériaux sont donc utiles à la recherche et aux applications in vivo et in vitro. Cette intégration permet l’émergence d’outils de diagnostic ou d’administration de médicaments.
A ce jour, plusieurs types d’applications de nanomédicaments existent ou sont envisagés : médicaments et agents actifs, surfaces adhésives médicales anti-allergènes, médicaments sur mesure délivrés uniquement à des organes précis… D’ici à 2015, la National Science Fondation des Etats-Unis prédit que la nanotechnologie produira la moitié de la gamme des produits pharmaceutique. Mais ce n’est pas tout : les applications concernent aussi bien les appareils et moyens de diagnostic miniaturisés, les implants munis de revêtements améliorant la biocompatibilité et la bioactivité. La thérapie génique offre également un large champ d’applications : nanovecteurs pour transfert de gènes, microchirurgie… Enfin, en ce qui concerne la médecine réparatrice, la recherche sur les nano-implants et les prothèses pourrait aboutir à des applications révolutionnaires.
https://rmc.bfmtv.com/mediaplayer/video/des-nanorobots-pour-reparer-le-corps-humain-1037591.html
Quelles perspectives pour les années à venir ?
Le marché combiné de la nanomédecine (administration de médicaments, thérapeutique et diagnostic) atteindra 10 milliards de dollars en 2010. La National Science Foundation des Etats-Unis prédit que la nanotechnologie produira la moitié de la gamme des produits pharmaceutiques d’ici 2015. Au niveau de la recherche, le potentiel semble infini, et les innovations s’enchaînent. Récemment, on s’est par exemple aperçu que des biomatériaux de synthèse pouvaient être utilisés pour traiter ou remplacer certains tissus, organes ou fonctions du corps. Par exemple, certaines capsules en polymères intelligents implantées dans l’organisme laissent passer des molécules capables de traiter en permanence des affections du corps. Le laboratoire Oak Ridge National Laboratory (ORNL) fabrique, lui, des nanosondes, mille fois plus fines qu’un cheveu, capables d’interagir avec les cellules et les globules rouges. A l’image des implants artificiels, ces nanorobots bioélectroniques permettent de réguler certaines fonctions métaboliques déficientes.
PAOLO GONZALES & ACHILLE BORDERIES
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