Association lyonnaise Pierre Teilhard de Chardin

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Déjà plusieurs centaines de produits au sein de différents domaines ( sports, cosmétique, médecine, microélectronique …) sont composés de nano matériaux :nano tubes de carbone pour alléger les raquettes de tennis, nano particules de titane ou d’oxyde de zinc dans les crèmes solaires pour filtrer les rayons UV, nano puces pour le diagnostic médical du diabète, nano lasers dans les lecteurs de DVD, etc…Pour fixer les idées, précisons qu’il y a le même rapport de taille entre la Terre et une orange qu’entre une orange et un nano objet.
Un nanomètre = un milliardième de mètre 10 -9 m

Il s’agit d’un domaine de la science appliquée pluridisciplinaire désigné sous l’appellation : nanotechnologies. A partir de nano objets, les physiciens pensent faire évoluer la nanoélectronique, l’électromagnétisme et l’optique. Les nano sciences produiront des super calculateurs pour traiter davantage d’informations ou de véritables machines-outils de taille quantique pour visualiser le caractère ondulatoire des particules. Les biologistes observeront les mécanismes et les interactions au niveau moléculaire pour développer de nouveaux modèles et entreprendre des diagnostiques plus précis et des traitements médicamenteux. Les chimistes pourront construire de nouvelles molécules pour élaborer des structures hybrides comme des plastiques conducteurs. Ces nouvelles techniques ouvrent la voie à d’innombrables développements en matériaux, électronique, pharmacie, industrie chimique, aérospatiale et développement durable. En ajoutant des nano particules en surface ou au cœur des structures actuelles, on leur confère une sorte d’intelligence grâce à leur faculté d’adaptabilité. Par exemple des avancées en photonique rendront l’énergie solaire très rentable, ce qui n’est pas encore le cas. Des nano particules métalliques vont améliorer l’efficacité des catalyses, c’est-à-dire accélérer les réactions chimiques sans ajout de solvants. Des membranes dont les pores seront de la taille nano filtreront plus efficacement l’air et les eaux, pour les dépolluer en oxydant les molécules organiques ( virus, bactéries, pesticides ) ou les désaliniser. Les véhicules de transports pourront être allégés pour consommer moins, tout en étant plus sécurisés grâce à des carrosseries renforcées et des pneumatiques plus résistants. Toute cette révolution technologique est sensée éviter le coûteux recours aux métaux traditionnels, polymères, céramiques, aluminium et plastiques.

Il s’agit là d’une fabrication : atome par atome qui réduit considérablement les quantités de résidus tout en économisant l’énergie. De lourds investissements seront cependant nécessaires pour renouveler les techniques suite à la grande miniaturisation des composants et des structures. Dans le cadre de cette technologie, des métaux tels que l’or, inertes à l’état macroscopique, deviendront très réactifs. Les nanotechnologies seront utiles dans la fabrication de nombreux produits de grande consommation. On prévoit des transistors 500 fois plus petits grâce à des systèmes de gravure sur silicium dessinant sur les puces des lignes de moins de
10 nm de large, contre 65 actuellement. On peut même utiliser des supports plastiques au lieu du silicium. L’optique va remplacer la microélectronique, les transmissions lasers évitant les déperditions d’énergie tout en étant plus rapides que les actuelles connexions électriques.
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Travailler à l’échelle de l’atome requiert naturellement des outils ultra sophistiqués faisant appel à de nombreux spécialistes, chercheurs du CNRS et du CEA. L’objectif est de réaliser des machines composées d’un nombre restreint d’atomes et des systèmes non présents dans la nature. Toutefois, dans la Nanosphère, les lois physiques diffèrent de celles qui nous gouvernent. Elles sont régies par la mécanique quantique. Certaines propriétés apparaissent et d’autres disparaissent ; certaines sont améliorées et d’autres perturbées. Citons : la légèreté, la résistance, la conductivité, la thermie, l’adhérence, le magnétisme et même l’esthétisme !...Organiser la Nanosphère représente une tâche gigantesque qu’il faudra maîtriser pour prévenir les risques. La miniaturisation des composants des puces est un enjeu scientifique majeur qui se traduira par une large amplification des puissances des matériels électroniques, des vitesses de calcul et des capacités de mémorisation des disques durs. On verra bientôt la mise au point d’un ordinateur quantique à l’aide de nano cristaux, nano fils, nano composites et électronique moléculaire. Pour cela les chercheurs doivent surmonter la limite physique des circuits intégrés sur silicium, atteinte vers 2010 selon les prévisions de la loi de Moore et créer de nouvelles architectures optiques et non électriques.

Depuis les années 80, les chercheurs peuvent explorer la complexité du vivant grâce à des instruments miniaturisés et de nouvelles connaissances sur les cellules. Les nano biotechnologies leur permettent de comprendre et de manipuler protéines, acides nucléiques, lipides et autres composants moléculaires. Il en découle de nouvelles méthodes de diagnostic et d’analyse, de nouveaux médicaments et des prothèses mieux tolérées. Pour repérer les biomolécules par exemple, plus besoin d’appareillage optique. On utilise des techniques de marquage tels que les nano cristaux semi-conducteurs s’accrochant aux molécules et émettant de la lumière pendant plusieurs dizaines de minutes. Les nano électrodes permettent de détecter une réaction biologique car elles fixent des nano billes métalliques d’or ou d’argent sur les molécules pour obtenir une réponse de nature électrique. Il est possible aussi de détecter électroniquement des mutations génétiques causes de nombreuses pathologies et ainsi de soigner des maladies en déposant de l’ADN sur un réseau de transistors en silicium dont la charge se modifie en cas de mutation.
Pour le traitement des tumeurs cancéreuses, des nano particules sont à l’étude, fonctionnalisées par des anticorps spécifiques, se fixeraient aux cellules tumorales et seraient chauffées pour détruire sélectivement les cellules. On pourrait imaginer également des processus d’encerclement des cellules cancéreuses qui les isoleraient du milieu vitalement sain. Toujours en thérapie cellulaire, des nano particules magnétiques, porteuses d’une molécule thérapeutique, pourraient être insérées dans les cellules et être guidées vers un organe précis par l’intermédiaire de la technique IRM. Ceci serait particulièrement intéressant dans une intervention sur le cerveau. On peut penser aussi à l’intérêt que susciterait la fabrication de nouveaux biomatériaux qui seraient utilisés, par exemple, dans la régénération des os et des tissus. On se trouve là dans la possibilité créative de nouvelles prothèses biocompatibles avec l’organisme humain.

Les nouvelles structures nanométriques tendent tout simplement à imiter la nature, en copiant les multitudes capacités des cellules du vivant. On parle de bio mimétisme : refaire à notre façon ce que la vie naturelle a fait ! Ainsi, par exemple,

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la fleur de lotus laisse couler l’eau sur elle-même sans être mouillée grâce à de minuscules cristaux de cire présents sur sa surface. Les gouttes d’eau emportent cependant les poussières sur leur passage, technique qui pourrait servir à la fabrication de peintures anti-salissure, de vitres autonettoyantes, de supports anti-bactériens ; On parle également de la création de moteurs moléculaires qui s’inspireraient du fonctionnement de la cellule. Des milliers de protéines liées par des filaments serviraient à reproduire des mouvements propres aux fonctionnement de la cellule.

Le problème fondamental pour un chercheur comme pour un novice réside dans le fait qu’on ne manipule pas les atomes comme les éléments d’un jeu de construction classique. Les chercheurs bénéficient en réalité de cette capacité exceptionnelle de la matière de s’auto organiser spontanément et de manière très variée. Les nano objets sont déposés sur un substrat cristallin dont le réseau va imposer un ordre à ces objets. Il ne reste plus qu’à intervenir sur les interactions entre ces objets. On connaît déjà les fameux nano tubes de carbone dont la structure est à la fois robuste, légère et souple : 100 fois plus résistants, 6 fois plus rigide et 6 fois plus léger que l’acier ! Diverses méthodes existent pour la fabrication de nano objets. Depuis 30 ans on a adopté, à l’aide de la microélectronique, la méthode top down qui consiste à miniaturiser au maximum des objets existants. On obtient par exemple des transistors. Cette méthode possède ses limites dans la mesure où il est difficile de conserver les mêmes structures et les mêmes propriétés après miniaturisation. En outre dans cette course effrénée vers la miniaturisation, les outils utilisés admettent eux aussi des limites au-delà desquelles on ne peut plus agir. Une approche inverse dite : bottom up consiste à organiser la matière atome par atome ou molécule par molécule, ce qui permet d’obtenir des nano objet de manière entièrement artificielle et dotés de structures et de propriétés absolument inédites. C’est une façon de refaire le monde à l’aide de briques élémentaires qui s’assemblent comme notre Terre s’organisa depuis quatre milliards d’années. Ces manipulations d’atomes ou de molécules à très petite échelle supposent la mise au point de procédés divers qu’on ne développera pas ici, pas plus que l’inventaire de toutes les découvertes déjà réalisées. Précisons simplement qu’il est possible de réaliser des objets qui ne seraient obtenus par des moyens classique qu’au prix de méthodes très agressives. Parmi les prouesses réalisées dernièrement par les scientifiques du CEMES – CNRS, citons le processus de contrôle de la rotation d’une roue au sein de la molécule. Une telle réussite ouvre la voie à la création des premières molécules – machines.

Pour façonner la nano Sphère, pour inter – agir avec les atomes, les chercheurs développent des outils d’observation et de manipulation toujours plus étonnants. Certaines techniques étudient un signal émis par l’objet, d’autres émettent un signal et en analysent la réémission par l’objet observé. On est là dans le cadre d’une manipulation directe de la matière à l’aide de sondes ultra perfectionnées.
Explorer le monde de l’infiniment petit est absolument impossible avec un microscope à lumière naturelle. La longueur d’onde de celle-ci ne permet pas l’observation au-delà de 0,2 micromètres. Alors au lieu d’utiliser des photons, on utilise un faisceau d’électrons : c’est le microscope électronique à transmission ou à balayage. Ce qui révolutionna l’observation et la manipulation des atomes, c’est la

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découverte par deux ingénieurs d’IBM suisse, du microscope à effet tunnel. (STM)
Il permet de voir les atomes un par un. Une pointe métallique extrêmement fine, terminée par un ou quelques atomes, balaye la surface à observer à quelques nanomètres de distance en émettant une tension électrique. Le courant d’électrons formé franchit cet écart sous ultravide par effet tunnel, phénomène bien connu en mécanique quantique.

L’effet tunnel désigne la propriété que possède une particule de franchir un obstacle , même si cela demande plus d’énergie que ce dont elle dispose. Ce qui est impossible dans le monde macroscopique. Cela est dû au comportement probabiliste des particules : il y a toujours une probabilité qu’elles se retrouvent de l’autre côté de l’obstacle, comme si elles passaient à travers un tunnel à travers lui.

Le balayage d’un faisceau d’électrons permet d’obtenir l’image d’un objet de taille micro ou nanométrique. Les grossissements sont de l’ordre de 10000 et peuvent atteindre plusieurs centaines de milliers, bien supérieurs à ceux obtenus avec un microscope optique classique. Le STM est capable également de déplacer les atomes, la pointe servant de pince.

Du fait de leurs propriétés physiques particulières, les nano particules intéressent beaucoup l’industrie. Déjà plusieurs centaines de produits contenant des nano particules sont commercialisés : vêtements, cosmétiques, articles de sport, appareillages électroniques et informatiques ( aspirateur anti-allergène, téléphone mobile antibactérien, etc ), des produits d’entretien et de jardin, des produits contraceptifs et de nombreux compléments alimentaires. Dans le domaine de la protection de l’environnement, les nanotechnologies pourraient s’avérer utiles grâce à la mise au point de dispositifs permettant de doser, piéger, neutraliser ou filtrer les polluants, aux doses les plus infimes qui soient.

D’une diversité inimaginable, les nano particules seront donc présentes partout dans les chaînes de production. Cependant leurs propriétés physico-chimiques sont imprévisibles à si petite échelle. Leur taille empêche de les maîtriser et il sera impossible de subir leur influence de manière inopinée. Elles posent donc un problème pour notre santé et pour l’environnement. Elles sont susceptibles de franchir les barrières de notre peau et de perturber le fonctionnement de notre corps.
La manipulation incontrôlée de ces réalités microscopiques nous promet un avenir absolument incertain. Les hommes ont ouvert une « boite de pandore » dont on ne connaît pas le contenu véritable légué en héritage pour nos enfants et petits enfants.
Les frontières de l’humain sont encore bien éloignées !!!

Catalogue des futures inventions

Confections d’embryons sur mesure
Le XXe siècle a été celui de la libération de la femme, avec l’invention de la pilule contraceptive et l’autorisation de l’interruption volontaire de grossesse. Dans un temps relativement court, il sera techniquement possible, à des coûts raisonnables, de déterminer la carte génétique précoce de l’embryon : le sexe, les maladies génétiques graves, la couleur des yeux et des cheveux, la taille, les rapports avec les ascendants, etc. La détermination de tous ces caractères pourra donc influencer le couple dans son choix d’enfants correspondant à leurs désirs ou leurs fantasmes.
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On pourra ainsi réaliser, à l’aide d’ovules et de spermatozoïdes, un certain nombre de fécondations in vitro et procéder à une analyse génétique qui conduira à des propositions de choix. Il restera alors, une fois le choix fait, d’implanter l’embryon dans l’utérus de la mère. La naissance de l’enfant montrera si oui ou non le produit désiré correspond au choix antérieur…avec toutes les conséquences qui en résultent au niveau de la responsabilité des « manipulateurs ».

La course vers l’eugénisme
Les progrès de la biologie rendront possible des tests de compatibilité entre les ADN, enregistrés sur des puces magnétiques, d’un homme et d’une femme. Il s’agit en fait de la recherche du partenaire idéal. Sur un CV traditionnel on pourra y joindre son code ADN afin que l’entreprise puisse embaucher le candidat le plus approprié pour les tâches demandées. Il sera possible en effet de réaliser un bilan sur ses qualités et défauts potentiels. Adieu donc la liberté !!

Les problèmes d’héritage
L’espérance de vie globale augmente chaque jour de 2 mois, mais ce vieillissement posera des problèmes médicaux, sociologiques, économiques considérables. On parle d’un âge moyen de 105 ans en 2060 et d’un âge maximal de 120 ans. Ceci entraînera une terrible conséquence sur les contingences familiales. La famille deviendra comme une tribu ! Le couple initial pourra avoir de 40 à 50 descendants. On héritera de ses parents lorsqu’on aura de 80 à 90 ans. Alors à quoi bon ? et si on saute une génération, les héritiers seront 20 ou 25 ! Logiquement cet état de fait conduira à une remise en cause des règles du capitalisme actuel. Et que dire de décompositions et recompositions de familles qui rendra très difficiles toutes les questions de successions.

Le cas des OGM
Les progrès qui s’annoncent sont considérables en agronomie. On saura fabriquer des variétés de plantes qui seront capables d’assimiler l’azote de l’air, rendant les nitrates inutiles comme engrais. L’introduction de gênes pour lutter contre les insectes dispensera d’utiliser des insecticides. La résistance aux herbicides génétiquement introduits dans les plantes permettra d’éviter de labourer les champs, donc de diminuer l’érosion des sols et les émissions de CO2. Ce processus va naturellement ruiner les industries chimiques. On pourra également fabriquer des espèces moins exigeantes en eau, ce qui est très utile en raison de la pénurie d’eau en certaines régions du globe.

Médecine et nano particules
Avec l’usage des nano technologies et de l’optique quantique, les ordinateurs iront inexorablement vers une profonde miniaturisation et seront capables de traiter un nombre gigantesque d’informations sur un volume de plus en plus petit. L’ordinateur tendra de plus en plus à remplacer notre cerveau. La « souris » traditionnelle, qui permet l’interaction : homme / machine, sera remplacée par le son de la voix. Que deviendrons les dactylos ? Les calculettes de poche seront devenues un petit point placé sur les lunettes ou derrière l’oreille. Elles exécuteront des opérations simples ou complexes pensées par le cerveau. Sera-t-il alors utile d’enseigner aux enfants les règles du calcul ? Mais pour arriver à ces exploits, il faudra fabriquer des logiciels que seule une élite est capable de comprendre toute l’organisation. Le monde sera-t-il alors dirigé par une caste supérieure qui détiendra le savoir et le pouvoir ?
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Il va être possible, grâce aux nano technologies, d’introduire dans le cerveau de minuscules doses d’éléments chimiques qui pourront être déposées à un endroit précis pour des usages multiples tels que des opérations de type thérapeutique. Mais on pourra aussi injecter dans le cerveau des corps étrangers de dimension infiniment petite afin d’effectuer, à l’aide d’ondes électromagnétiques par exemple, des actions de réparation ou de modification sur les neurones mêmes. La nano particule sert alors de véhicule pouvant transporter des cellules souches dont la multiplication remplacera les cellules malades. Cependant le risque est grand que de vouloir entreprendre d’autres exploits qui ne disent pas leurs noms. Et de plus l’homme saura-t-il maîtriser ces techniques de très haute précision ?. Rien n’est moins sûr !

Que dire de la maladie d’Alzheimer ?
Elle concerne d’abord une détérioration de l’hippocampe, organe central pour la mémoire. Ensuite la maladie met une dizaine d’années à se développer. Demain, grâce aux rayonnements électromagnétiques et aux nano technologies, on pourra détruire les premières cellules malades ou encore greffer des cellules souches après les avoir localisées. On espère ainsi être capable de bloquer la reproduction des cellules malades.

La mondialisation
On constate que le monde se dilate…mais ne va-t-il pas se rétrécir ?
Plusieurs phénomènes vont voir le jour : le prix du transport aérien fortement taxé, la lutte contre les immigrations, les ajustements dans les niveaux de vie grâce au progrès social dans les pays émergents, les progrès dans l’agronomie et les techniques agricoles qui permettront de cultiver n’importe quelle plante à peu près n’importe où. De ce fait les échanges commerciaux vont décroître très vraisemblablement. Nous allons donc dans les prochaines années connaître une inévitable régionalisation dont l’ampleur sera le fruit des technologies nouvelles qui réduiront les distances. On peut par exemple parler de télémédecine qui permettra d’envoyer à son médecin des informations en un temps record. Celui-ci pourra à distance déceler une maladie, prescrire un traitement, etc. Le monde de demain bénéficiera d’une conjugaison de facteurs multiples qui modifieront son visage : nano technologies, micro imagerie, informatique, etc. Les possibilités humaines en matière de communication ultra véloce n’ont-elles pas pour finalité une réalité double : la résolution de nos problèmes les plus familiers liés souvent à la souffrance et en fin de compte l’isolement de l’être sur lui-même en recherche de son identité.
Quelle Espérance pour ce monde-là ?




COMMENTAIRES DU PRESIDENT

les nano tehnologies appliquées à l'industrie chimique, notamment les revêtements de surfaces pour protéger les métaux contre la corrosion, sont déjà largement appliquées. Le succès de ces technologies dans ce domaine est dû au fait qu'elles suppriment le traitement des rejets (eaux de rinçage lourdement chargées en métaux, sels métalliques etc ...) Mais, les procédés d'application de ces nano technologies comportent, eux aussi des opérations de rinçage à l'eau. Saura-t-on effectuer des nano filtrations pour rendre rejetables dans les réseaux d'eaux usées ces effluents d'un nouveau type ?

Mardi 22 Septembre 2009 10:55