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lundi, mai 16, 2022

Médecine, informatique, batteries… Quand les nanomatériaux envahiront le monde

Nous ne le voyons pas encore dans notre société inondée de smartphones et d’objets connectés. Mais l’ère du silicium touche à sa fin. La fameuse loi de Moore, qui veut que le nombre de processeurs installés sur une puce soit multiplié par deux tous les deux ans, s’essouffle. Par ailleurs, notre société numérique s’apparente de plus en plus à un gouffre énergétique. Pour assurer l’avenir, chercheurs et industriels se tournent désormais vers les nanomatériaux, des objets fabriqués de toutes pièces mais d’une extrême précision. 

« Nous assistons à une convergence des savoir-faire. En physique, en biologie et en chimie, nous pouvons désormais créer et manipuler des molécules à l’échelle du nanomètre, soit un milliardième de mètre », s’enthousiasme Jean-François Dayen, maître de conférences à l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg. A ce niveau de précision, les lois de la physique ne fonctionnent plus tout à fait de la même façon. Des phénomènes quantiques apparaissent. Par exemple, les électrons deviennent à la fois onde et matière. En jouant sur ces étranges propriétés, les scientifiques espèrent créer des matériaux plus résistants ou qui conduisent beaucoup mieux l’électricité. « Des champs entiers de recherche s’ouvrent. Les nanomatériaux seront, à n’en pas douter, au coeur des avancées scientifiques de demain », estime Jean-François Dayen.  

Certains se trouvent déjà présents dans notre quotidien. Les fabricants de téléviseurs utilisent, par exemple, des cristaux formés de quelques atomes pour accroître la qualité d’image de leurs écrans haut de gamme. Plus controversées, les particules de dioxyde de titane entrent dans la composition de crèmes solaires ou de revêtements antibactériens pour les réfrigérateurs. « Depuis les années 1980, il y a eu de nombreuses recherches sur les machines moléculaires, des structures très petites qui peuvent se comporter comme des moteurs. Ces travaux ont donné naissance à quelques applications dont des films autoréparables à une très grande vitesse », rappelle Jean-Pierre Sauvage, professeur émérite de l’université de Strasbourg et lauréat du prix Nobel de chimie en 2016. Appliqués sur l’écran d’un smartphone, ces revêtements éliminent les rayures très rapidement. « Les molécules retrouvent leur chemin car les liaisons entre elles sont plus fluides », détaille le chercheur.  

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Si cette technologie n’a pas percé, c’est sans doute pour des raisons économiques. Mais d’autres applications se profilent. Les nanotubes de carbone, par exemple, rendent les batteries plus performantes. « Ces structures composées de graphène enroulé sur lui-même forment des tubes d’un nanomètre de diamètre plus fins que l’ADN », précise Jean-François Dayen. Les scientifiques les ont découverts dans les années 1990, mais aujourd’hui, ils maîtrisent mieux leur pureté. Ils peuvent les produire en grande quantité et les allonger sans perdre en finesse… La start-up française Nawa Technologies, pourrait commercialiser en 2022, la première batterie à nanotubes de carbone. « Cela risque de chambouler le domaine. Les nanotubes sont de très bons conducteurs. Les charges et les décharges seront bien plus rapides », prédit Jean-François Dayen. 

« La nanomédecine n’est pas loin non plus d’applications à large échelle », considère Jean-Pierre Sauvage. Ici, l’idée consiste à utiliser des objets dans l’infiniment petit pour soigner à l’intérieur du corps. Ainsi, les machines navigueraient dans les fluides biologiques, transporteraient des médicaments et s’attaqueraient par exemple, aux cellules cancéreuses. « Il existe énormément de travaux dans ce champ de recherche, et les premiers résultats obtenus en laboratoire sont prometteurs, assure le Prix Nobel de chimie. A proximité des tumeurs, le PH est souvent plus faible. Cette particularité permet de guider les nanomachines vers leurs cibles. Elles n’ont plus ensuite qu’à lâcher leurs bombes chimiques. »  

Jouer sur le « spin » des particules

L’informatique prépare également sa révolution, grâce aux propriétés quantiques des particules élémentaires. « Dans une puce, la chaleur dégagée est énorme. Pour améliorer les composants, il faudrait changer la façon dont on fait passer le courant », estime Thomas Ebbesen, médaille d’or du CNRS et directeur de l’Institut d’études avancées de l’université de Strasbourg (Usias). C’est justement possible en jouant sur le « spin » des particules. « Ce mouvement de rotation, qui est une propriété intrinsèque des électrons, peut être mesuré et utilisé pour formaliser des suites de 0 et de 1 (comme dans l’informatique actuelle) suivant qu’une particule tourne dans un sens ou dans l’autre, autour de son axe », explique Jean-François Dayen. 

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« Quand deux spins se frôlent, il n’y a pas de friction et donc pas de problème de chaleur. Cette technologie pourrait sans doute réduire notre empreinte énergétique », ajoute Thomas Ebbesen. Les laboratoires travaillent donc d’arrache-pied sur la mise au point de transistors à spin. Peut-être leurs travaux seront-ils accélérés par les dernières découvertes du chercheur franco-norvégien. « En faisant résonner la matière avec les fluctuations électromagnétiques qui constituent le bruit de fond de l’Univers, nous pouvons changer les caractéristiques de certains matériaux. On peut par exemple augmenter 700 fois la puissance d’un aimant ou accélérer des réactions chimiques », assure Thomas Ebbesen. Avant de reconnaître : « Cela ressemble encore un peu à de la science-fiction. Mais peut-être qu’un jour, ces travaux faciliteront la production de médicaments aujourd’hui trop complexes à mettre au point. » Il n’en fallait pas plus pour attirer l’attention de la Darpa. La fameuse agence d’innovation américaine suit désormais de près l’avancée de cette technologie « made in Strasbourg ». 

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