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Définitions
Les atomes sont les constituant de base de la matière ordinaire,
celle que nous utilisons dans l'industrie. Aujourd'hui, les processus
industriels ne se préoccupent pas de travailler la matière
au niveau de l'atome. Ceux-ci sont toujours considérés
en tant qu'entités statistiques, et manipulés avec
des machines qui n'essayent pas de les distinguer individuellement.
Dans l'avenir, il sera nécessaire de le faire.
C'est le rôle que s'assignent les nanotechnologies. Celles-ci
pourront travailler au niveau des atomes aussi vite et économiquement
que les machines actuelles au niveau des matériaux usuels.
Le mouvement est déjà engagé dans l'électronique
de pointe, afin de poursuivre la course à la performance
et à la miniaturisation symbolisée par la loi dite
de Moore. Mais bien d'autres produits plus propres, plus légers,
plus solides et meilleur marché que ceux existants actuellement
sont aussi visés.
Le terme de nanotechnologie vient de l'échelle à laquelle
se place l'opérateur, le nanomètre, c'est-à-dire le milliardième
de mètre (10-9 mètre). Concernant les circuits électroniques,
avec l'amélioration des techniques lithographiques on est passé
d'une épaisseur de gravure de trait de 8 micromètres (8 millionièmes
de mètre) en 1970, à 2 micromètres en 1980, puis à 0,5 en 1992,
pour friser aujourd'hui le dixième de micromètre. Mais la technique
va rapidement atteindre ses limites de faisabilité et de rentabilité
économique.
Il faut donc dès maintenant trouver autre chose,
en développant des méthodes de fabrication post-lithographiques
permettant de construire des calculateurs à partir d'éléments
moléculaires, susceptibles d'être interconnectés
en réseaux complexes et hautement spécialisés.
Ce sera l'affaire des nanotechnologies. C'est la raison pour laquelle
on désigne aussi celles-ci par le terme de technologies moléculaires.
Ces technologies devront respecter des cahiers des
charges précis :
- disposer chaque atome à la bonne place
- respecter ce faisant les lois connues de la physique et de la
chimie
- obtenir des coûts ne dépassant pas, en gros, ceux
de l'approvisionnement en matières premières et en
énergie.
Pour cela, deux concepts seront utilisés : le
positionnement moléculaire et l'auto-réplication.
Par positionnement moléculaire, il faut entendre
la possibilité d'assembler les atomes dans un espace à
3 dimensions de façon à retrouver l'arrangement des
molécules recherchées, qui sont souvent de longues
chaînes de polymères. La nature fait cela sans effort,
par exemple en produisant des cristaux purs ou grâce aux pouvoirs
d'assemblage de l'ADN. L'objectif serait d'obtenir le même
résultat industriellement, en fabricant par exemple des fibres
de diamant ou de carbone dotées de la résistance mécanique
et électrique nécessaire. Dans le domaine de l'électronique,
il faudra aussi répartir les impuretés et dopants
aux bons endroits. C'est possible en laboratoire, ce ne l'est plus
à grande échelle, compte-tenu des coûts.
Le positionnement moléculaire fera appel à
la robotique moléculaire, c'est-à-dire à des
outils ayant la taille et la précision de la molécule.
Ces outils ressembleront en gros à leurs homologues macroscopiques.
Les robots industriels d'aujourd'hui prennent les composants dans
des caisses et les mettent en place sans intervention humaine sur
le produit en cours d'assemblage. Les robots moléculaires
feront de même avec les atomes. Il n'y a pas d'impossibilité
physique à manipuler les atomes un par un.
Nous n'entrerons pas dans le détail des dispositifs
de positionnement moléculaires utilisés aujourd'hui.
On retrouvera les différentes fonctions du robot, par exemple
le bras à plusieurs degrés de liberté, l'engrenage
ou la plate-forme dite de Steward. Il convient de faire des compromis,
au cas par cas, entre la flexibilité et versatilité
de tel outil et la rigidité de tel autre, facteur de précision
dans l'assemblage.
Le deuxième principe est celui de l'auto-réplication.
Pour des raisons évidentes d'économie, il faudra pouvoir
reproduire à grande échelle le nanoproduit une fois
réalisé, pour ne pas s'obliger à le remonter
à chaque fois. Les techniques d'auto-réplication sont
à la base de l'évolution des structures biologiques,
mais, à l'échelle des produits macroscopiques, elles
sont pratiquement inutilisables. Les robots moléculaires
pourront, eux, travailler à partir de stocks de " pièces
détachées " qui auront été préparées
et mises à disposition à l'avance, pour leur éviter
d'aller les chercher dans la nature, comme le font les cellules
vivantes auto-réplicatives. Des études initialisées
par Von Neumann dans les années '40, reprises par la Nasa
puis par Drexler ont montré que la complexité d'un
système réplicatif artificiel n'est pas excessive.
Surtout si l'on organise la réplication dans un environnement
contrôlé, évitant les aléas du milieu
naturel. Le produit final ne sera mis qu'une fois terminé
au contact de sa cible (par exemple le malade dans le domaine des
nanotechnologies pharmaceutiques). En fait, il conviendra d'arbitrer
en permanence entre l'auto-réplication en milieu naturel
et l'auto-réplication en milieu protégé, compte-tenu
des exigences de coût et de sécurité recherchées
au cas par cas.
Conclusion 
Les nanotechnologies ont pris une telle importance
que tous les grands pays se préoccupent d'en développer
l'ingénierie et les usages. Il s'agit véritablement
d'une nouvelle phase de la robotique, tant dans le domaine de la
chimie et de la physique que dans le domaine du vivant. Les robots
de demain n'auront aucune efficacité s'ils ne peuvent intervenir,
comme les processus naturels développés par des milliards
d'années d'évolution, au niveau des molécules
et des atomes. D'où l'intérêt d'en faire des
priorités dans les recherches et les développements,
en robotique, en biologie, en pharmacologie.
La National Nanotechnology Initiative des Etats-Unis
http://www.nano.gov/
Le président Clinton a lancé en juillet 2000 une
Initiative nationale pour les nanotechnologies, qui comporte trois
catégories d'appels à projets:
On trouvera sur les sites ci-dessus des descriptifs
des actions entreprises, ainsi que des précisions sur les
domaines visés et les moyens. Le site Nano.gov fournit de
nombreux autres renseignements sur les différents aspects
du programme.
Le Réseau Micro et
nanotechnologies français http://www.recherche.gouv.fr/technologie/reseaux/rmicrotec.htm
Selon le ministère de la Recherche :
Domaine : Le Réseau de recherche
et d'innovation technologiques Micro et nanotechnologies couvre
un secteur de très haute technologie, tout ce qui concerne
le dimensionnement, le fonctionnement, la fabrication collective
et la caractérisation d'objets de très petites dimensions
pouvant aller jusqu'à une taille moléculaire.
Son domaine d'intervention
est pluridisciplinaire : électronique, mécanique,
optique, chimie, biologie…
Il a pour finalité
des objets réalisés avec des techniques de fabrication
collective (on peut réaliser sur le même support quelques
milliers d'accéléromètres, ou une centaine
de circuits intégrés comportant chacun 10 millions
de transistors).
Organisation : Le
réseau est piloté par un comité d'orientation
(17 membres représentant les laboratoires publics et les
industriels) et présidé par Claude Puech, Directeur
technique d'Angénieux . Le fonctionnement permanent du réseau
est assuré par un bureau exécutif (piloté par
le Leti à Grenoble) avec des antennes régionales.
Le réseau est animé par des cellules couvrant ses
différentes thématiques. Les projets sont instruits
par le bureau exécutif selon une procédure de demande
spontanée. En 1999, une aide publique de 40MF a été
prévue par la Direction de la Technologie.
Font partie du réseau
:
- des laboratoires de recherche académiques
- des laboratoires du CEA, du CNET
- de grands groupes industriels…
Concernant l'Action
Concertée Incitative "Nanostructures : Effets physiques et
fonctionnalités", l'appel à projets 2000 est terminé.
Un prolongement pour 2001 est envisagé
Contact : http://www.rmnt.org
Pour en savoir plus les nanotechnologies
:
- Introduction à la nanotechnologie moléculaire,
par Fréderic Levy (fredlet@worldnet.fr)
24 avril 2000 http://www.spirtech.com/flv/nano/
Excellente étude, en français, graphiques, images,
liens. Quelques paragraphes sont assez techniques, mais non dissuasifs.
- Les nanomondes, par leo.devinci@wanadoo.fr
et tombegs@hotmail.com
Ce document, en français, complète utilement le précédent.
Il est plus attractif pour le public non spécialiste (animations)
- Nanotechnology http://www.zyvex.com/nano/
par Zyvex. en anglais. Très nombreuses références.
- Exponential assembly, a MEMS based replicative architecture,
par Zyvex. http://www.zyvex.com/Research/exponential.html
- Engines of creation, un livre fondateur par Eric Drexler,
1e édition 1986: texte intégrale en ligne http://www.foresight.org/EOC/index.html.
Traduction française en ligne (Bravo, bel effort) http://www.foresight.org/EOC/FrenchEOC.txt
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