extrait

 
Fiche : À la conquête du nanomonde
 
 
   
 




Préface


L’homme a toujours inventé et construit les objets de son quotidien, ces artefacts étant nécessaires au progrès de la société, à son bien-être, parfois même à sa survie. La matière, l’énergie et l’information en sont les trois constituants, matériels et immatériels, que les technologies permettent de mettre en œuvre. Le développement technologique a commencé lors du passage de l’artisanat à une organisation rationnelle de type industriel et s’est fait vers le toujours plus grand ou le toujours plus petit?: plus grand pour produire de l’énergie, plus petit pour traiter l’information. Ce second aspect est présenté dans cet ouvrage.
La miniaturisation, des objets courants comme des objets techniques, a d’abord répondu au besoin de se déplacer et de voyager et donc de disposer d’objets transportables. Un exemple est celui de la mesure du temps, qui, en quelques siècles, est passée de l’infiniment grand, l’observation du mouvement de la terre et des étoiles, à l’infiniment petit, la détection de la vibration d’atomes dans un champ électromagnétique. Cette évolution présente quelques étapes marquantes. Le pendule isochrone de Galilée donna la précision, mais ce fut le balancier spiral de Huygens qui permit la miniaturisation des horloges, et donc le développement du chronomètre de marine – appareil essentiel de navigation?–, et celui de la montre, qui se poursuivit encore par les montres à complications. Les premières fonctions miniaturisées furent donc micromécaniques. La découverte de la piézo-électricité, par Jacques Curie à la fin du xixe?siècle, et les premiers tubes électroniques ouvrirent l’ère des horloges à quartz. L’invention du transistor, un demi-siècle plus tard, permit de les miniaturiser?; et c’est à cette époque, à la fin des années 1940, que fut construite la première horloge atomique, le maser à ammoniac, rapidement suivi par le maser à hydrogène, l’horloge à césium et l’horloge à rubidium.
En fait, l’invention du transistor mène à l’une des principales révolutions technologiques du xxe?siècle, celle de la microélectronique. Elle se poursuit depuis plusieurs décennies à un rythme régulier, faisant passer les dimensions élémentaires des circuits intégrés de quelques microns (millionièmes de mètre) à quelques dizaines de nanomètres (milliardièmes de mètre), le nombre de transistors par circuit étant dans le même temps multiplié par plus de quatre ordres de grandeur. De cette révolution est née celle de la micro-informatique, qui pénètre aujourd’hui tout notre environnement. La limite sera atteinte un jour, encore lointain, lorsque les dimensions atteindront celles du monde quantique, à l’échelle de l’atome et du nanomètre.
Durant les années 1980, les technologies de la microélectronique furent appliquées, pour la première fois, à la réalisation de fonctions non électroniques. Les premiers micro-objets (roues, engrenages et micromoteurs en silicium) ouvraient la voie des microsystèmes. La mécanique fut rapidement suivie par l’optique, la chimie, la biologie, etc., dans un bel élan pluridisciplinaire. Les applications étaient attendues dans le domaine de la santé, mais en fait, ce fut dans celui de l’automobile qu’elles se firent d’abord avec la production en grande série d’accéléromètres d’airbags de voiture.
Les nanotechnologies sont nées avec l’optique, les techniques de rodage et de polissage permettant d’obtenir des états de surface à l’échelle du nanomètre. Mais les nanotechnologies actuelles, qui conduiront dans leur étape ultime à la construction de nano-objets à trois dimensions, résultent de la découverte de nouvelles techniques de microscopie, dites en champs proches, dont la démonstration fut faite en 1981 (et publiée en 1982) par Heinrich Rohrer et Gerd Binnig (prix Nobel de physique en 1986) avec le microscope à effet tunnel. Ces nouveaux microscopes permirent non seulement de voir les réseaux d’atomes (ou tout au moins leurs champs d’interaction avec une pointe), mais également de manipuler individuellement des atomes, ce qui constitue la première construction d’objets, certes très laborieuse, à l’échelle atomique. Le scientifique entre ainsi dans le nanomonde, régi par les lois quantiques, dont les objets présentent des propriétés insoupçonnées par leurs caractéristiques mécaniques, électriques, optiques, magnétiques, etc. On assiste ainsi à la naissance des nanosciences, qui donnent un renouveau aux disciplines traditionnelles, et notamment à la physique.
Les retombées économiques des microsystèmes sont d’ores et déjà importantes, sous la forme de «?puces?» de toutes natures. Les nanotechnologies n’en sont, cependant, qu’à leurs prémices. Dans les premiers domaines d’application se trouvent les matériaux en couches ultraminces, les poudres, les fibres, etc. Les nano-objets proprement dits resteront encore pour longtemps du domaine des laboratoires?; les microsystèmes seront les supports de leur développement et de leur future fabrication.
L’ouvrage de Dominique Luzeaux et de Thierry Puig s’écarte de la présentation habituelle, scientifique et technique, des micro- et nanotechnologies et, allant de la réalité au rêve, il aborde les aspects économiques, les questions de sécurité et de défense, de santé, assorties de considérations sur la société et les craintes que peut susciter toute nouvelle technologie. Je suis persuadé que le lecteur trouvera un grand intérêt et du plaisir à la lecture de cet ouvrage qui porte un regard différent et original sur ce monde de l’infiniment petit.

Professeur Jean-Jacques Gagnepain,
Physicien, Directeur de recherche au CNRS,
Président du conseil d’administration de l’Agence nationale de la recherche.

Décembre 2006.




Introduction



Les nanotechnologies et les microsystèmes sont-ils une nouvelle «?bulle?» technologique sans avenir, ou au contraire préparent-ils la révolution technologique et industrielle du xxie?siècle?? Visiblement, chercheurs et ingénieurs sont sur le pied de guerre, l’industrie s’implique de plus en plus dans ce domaine scientifique appelé à métamorphoser l’électronique, la médecine, la protection de l’environnement, etc. Les responsables politiques, notamment aux États-Unis, au Japon et en Europe, s’en saisissent pour lancer des initiatives de grande envergure, irriguant à la fois le domaine civil et le domaine militaire. Conférences de vulgarisation et débats publics se multiplient.
Pourtant, les nanotechnologies et microsystèmes font débat. Ce monde de l’infiniment petit où les préfixes micro- et nano- ajoutent un parfum à la fois magique et inquiétant déclenche des passions. Les discours, parfois peu fondés, vont de l’espoir porté par l’enthousiasme scientifique (notamment dans le traitement de maladies telles que le cancer) à la terreur que suscitent le bioterrorisme ou l’usage militaire de technologies futuristes.
À ce flou s’ajoutent l’amalgame de ces nouvelles technologies avec les organismes génétiquement modifiés (OGM), la peur de voir se transformer les nanocomposants en mortelle amiante du xxie?siècle, ainsi que des préoccupations légitimes dans les domaines de la sauvegarde de l’environnement et des libertés publiques. Faut-il appliquer strictement le principe de précaution et décréter un moratoire mondial, au risque soit de se priver des immenses potentialités de ces technologies, soit de laisser les moins scrupuleux régner seuls sur ce marché??
Tout en nous faisant l’écho des débats qui animent nos sociétés, nous tenterons de donner un panorama de ce que sont les nanotechnologies et les microsystèmes, des applications existantes et à venir, et de ce qui relève de la science-fiction. Nous nous intéresserons aux acteurs majeurs de ce domaine (États, industries, etc.), aux enjeux économiques et stratégiques, en faisant des zooms particuliers sur le secteur de la défense ainsi que sur les avancées médicales et les risques potentiels pour la santé. Enfin, pour éviter que science sans conscience ne soit que ruine de l’âme, nous donnerons des pistes de ce qui serait à notre sens une bonne gouvernance des nanosciences et de leurs applications.
Le monde «?micro?» (entre 1 et 100 millionièmes de mètre) et le monde «?nano?» (entre 1 et 100 milliardièmes de mètre) relèvent de l’infiniment petit. Bien qu’ayant toujours existé autour de nous, ils n’ont été révélés que par des découvertes récentes. Utilisant les propriétés spécifiques liées à la très petite taille de ces matériaux (résistance extrême, modification à la lumière, etc.), les scientifiques mettent actuellement au point des micro- et nanotechnologies déjà présentes dans de nombreux objets du quotidien?: électronique, médecine, lutte contre la pollution, etc. La métaconvergence de plusieurs sciences peut créer une véritable rupture technologique (chap.?1).
L’ensemble des possibilités ouvertes et leur impact potentiel sur la société ont poussé de nombreux gouvernements à définir des politiques nationales et à investir dans le domaine. De même, les acteurs industriels sont partis à la conquête du marché, depuis les grands groupes jusqu’à de nombreuses jeunes pousses. Ces investissements donnent lieu à une véritable course aux brevets (chap.?2).
Aux États-Unis (mais aussi dans une moindre mesure dans des pays européens dont la France), des financements importants sont dédiés à l’effort de défense, de sécurité et de protection du territoire. Comme toute technologie, les nanotechnologies et les microsystèmes ont une application directe dans la course aux armements. Cependant leur potentiel pose clairement la question de leur prolifération, et celle de l’encadrement éthique et juridique de leur dissémination dans le contexte sécuritaire actuel (chap.?3).
Avec la multiplication des produits à base de nanotechnologies (crème solaire, peinture, textile, médicaments, prothèse, produits de régime, etc.) et le développement rapide de nouvelles filières de production, apparaissent inévitablement des questions sanitaires et écologiques. Quelles sont les populations exposées?? Les risques pour la santé sont-ils avérés?? Quelles sont les potentialités des nouveaux «?nanomédicaments?»?? Les réglementations actuelles protègent-elles le consommateur?? (chap.?4).
Les potentialités des nano- et microtechnologies sont immenses. Mais les risques sanitaires et écologiques ainsi que les questionnements éthiques sur d’éventuelles restrictions des libertés publiques et sur les risques d’une «?fracture nano?» entre riches et pauvres ne sont pas à négliger. Dans ces conditions, faut-il un moratoire?? Conscients de cet enjeu de société, certains pays organisent non seulement des concertations privé/public, mais également des délibérations avec les citoyens et les ONG. Une gouvernance partagée serait sans doute la meilleure façon d’enclencher une gestion responsable et durable de ces nouvelles technologies (chap.?5).
1. De la physique de l’infiniment
petit aux technologies de pointe



Les moyens d’observation et de manipulation à l’échelle atomique ont ouvert un domaine nouveau qui n’était abordé jusqu’à récemment qu’indirectement via la chimie. Il est dorénavant relativement aisé en laboratoire de déplacer certains atomes, et de créer ainsi des assemblages inédits. La production industrielle d’un certain nombre d’entre eux est déjà d’actualité.
Les applications courantes sont déjà multiples?: cosmétiques, médicaments, textiles, détecteurs et capteurs divers. D’autres sont prévisibles à court terme, voire à long terme, en particulier avec les progrès simultanés en informatique et en biologie.


Qu’est-ce que le nanomonde??

Les microsystèmes et maintenant les nanosciences offrent d’immenses possibilités à l’échelle du millionième de mètre, voire du milliardième de mètre. Historique d’une (r)évolution.

Le monde «?nano?»* est celui des molécules, des protéines et des virus, dont les limites arbitraires sont comprises entre 1 nanomètre (soit un milliardième de mètre) et 100 nanomètres. Pour mémoire, un nanomètre est environ 500?000 fois plus fin que l’épaisseur du trait du stylo bille, 30?000 fois plus fin que l’épaisseur d’un cheveu1, 100 fois plus petit qu’un virus, et correspond à 4?atomes de silicium mis les uns à côté des autres. Ce monde se situe à une échelle mille fois plus petite que le monde «?micro?»* qui s’étire entre 1 micron (soit un millionième de mètre) et 100 microns. Il nous est plus familier depuis quelques années, car c’est celui des microprocesseurs, celui des accéléromètres faisant fonctionner les airbags de nos voitures, bref des microsystèmes qui ont commencé à pénétrer notre vie quotidienne. Rappelons qu’un microsystème* se définit comme un système miniaturisé de volume inférieur à quelques centaines de millimètres cubes (mm3), industrialisé, intégrant au moins deux des fonctions suivantes?: capteur, traitement du signal, actionneur, alimentation, transmission.

Monde «?nano?», monde «?micro?» et microsystèmes?: Le monde «?nano?» s’étend de 1 à 100 nanomètres (1?nanomètre?=?1?milliardième de mètre).
Le monde «?micro?» s’étend de 1 à 100 micromètres ou microns (1?micron = 1?millionième de mètre). Un microsystème est un système miniaturisé de volume inférieur à quelques centaines de mm3.

Schéma 1?: À l’échelle du nanomonde

molécule protéine ADN cellule

0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 ?m

Nanomonde

atome agrégat laser à boîte nano-
d’atomes quantique transistor

Si l’on parle dorénavant quasiment exclusivement de microsystèmes et non plus de microtechnologies, on emploie en revanche les différents termes «?nano-objets?», «?nanosciences?», «?nanotechnologies?», «?nanosystèmes?». Au-delà de l’ivresse des mots, c’est le niveau de maturité encore faible du monde nano qui explique cette profusion. Les nano-objets sont composés de quelques dizaines à quelques milliers d’atomes regroupés en paquets (nanoparticules, nanopoudres) ou assemblés en structures?: nanotubes, nanocouches, etc. Les nanosciences s’intéressent à la recherche fondamentale des propriétés émergentes (physiques, chimiques et biologiques) de ces agrégats ainsi qu’à leur fabrication et à leur assemblage par auto-organisation. Les nanotechnologies couvrent le volet plus applicatif de la recherche finalisée et regroupent l’ensemble des savoir-faire qui permettent de travailler à l’échelle moléculaire pour organiser la matière afin de réaliser objets et matériaux, éventuellement jusqu’à l’échelle macroscopique (qui se voit à l’œil nu). Enfin, les nanosystèmes se veulent l’assemblage de constituants à l’échelle nano en vue de réaliser une fonction donnée dans un environnement donné.
Deux approches complémentaires doivent être distinguées?: top down (descendante) et bottom up (montante). L’approche descendante fait largement appel à des techniques de miniaturisation ultime?: on part d’un matériau, on le sculpte dixième de micron par dixième de micron pour réduire le plus possible les dimensions du composant que l’on veut fabriquer. Cette voie est suivie par l’électronique depuis déjà trente ans. L’approche montante fait appel à l’assemblage d’atomes et de molécules, que l’on intègre ensuite dans des systèmes plus grands?: c’est la voie suivie par la nature qui a formé le monde du vivant au cours de quatre milliards d’années d’évolution. Dans tous les cas, l’association de composants est un défi pour la réalisation de systèmes fonctionnels, et l’enjeu essentiel réside là, tant dans sa maîtrise industrielle que dans la compréhension scientifique des propriétés nouvelles qui régissent ce monde.
Quand cette quête de l’infiniment petit a-t-elle commencé?? Les experts sont partagés?: il est habituel de citer à ce niveau le discours2 visionnaire «?There’s plenty of room at the bottom?» de l’éminent physicien Richard Feynman en 1959 à la réunion annuelle de la Société américaine de physique à Pasadena, en Californie. Puis la découverte en 1981-19823 du microscope à effet tunnel par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, chercheurs au laboratoire IBM de Zurich et récompensés par le prix Nobel de physique en 1986, et celle du microscope à force atomique, qui ont permis de contempler et de manipuler les objets à cette échelle. Enfin la découverte en 1985 par Robert F. Curl Jr., Richard E. Smalley, chercheurs à la Rice University aux États-Unis, et Harold W. Kroto, chercheur à l’université du Sussex au Royaume-Uni, récompensés par le prix Nobel de chimie en 1996, des fullerènes4 de carbone (molécules rassemblant 60 atomes de carbone, en forme de ballon de football) et leur lien avec les nanotubes de carbone observés et étudiés en 1991 par Sumio Iijima, chercheur à la NEC Corporation au Japon. Quant au terme «?nanotechnologie?», il est apparu pour la première fois dans une publication scientifique en 1974 de Norio Taniguchi, de l’université de Tokyo.
Mais la manipulation de molécules pour obtenir des matériaux aux nouvelles propriétés subsumant celles de leurs composants est bien plus ancienne?: citons, par exemple, la vulcanisation du caoutchouc par cuisson de ce dernier dans le soufre, découverte par Charles Goodyear en 1834 (nous lui devons ainsi les pneus de nos voitures), qui renforce la structure interne du matériau. De même, dans le domaine des matériaux structuraux, de nombreuses propriétés trouvent leur origine à l’échelle nanométrique (nitruration des aciers, céramiques pour applications à hautes températures dans les turboréacteurs, etc.). Rappelons aussi que si la découverte des nanotubes date de 1991, les procédés de fabrication permettant de les produire avaient été brevetés dès la fin des années 1970. Dans le domaine médical, la manipulation d’organismes vivants a permis de produire des vaccins au xixe?siècle. L’emploi des nanoparticules, lui est très ancien : les Étrusques utilisaient des nanoparticules d’or ou d’argent?; au ixe?siècle, les potiers arabes les employaient pour l’élaboration de vernis tels que les objets changeaient de couleur selon l’angle de vue?; et depuis le xvie?siècle les verriers de Murano s’en servent pour la fabrication de vases colorés.
Cependant, force est de constater que la compréhension et la maîtrise des phénomènes à cette échelle est récente, tout au plus trois décennies, et réserve encore tous les jours de nouvelles surprises.
En résumé, les microsystèmes et les nanotechnologies sont un domaine fortement multidisciplinaire, ces dernières apparaissant comme un véritable multiplicateur de technologies, comme ont pu l’être en leur temps la machine à vapeur, l’électricité ou le chemin de fer. D’où l’éventail a priori très large des applications potentielles et l’engouement général qu’il suscite, car chacun a potentiellement un intérêt technique à y trouver.


Les microsystèmes à maturité

Développée dès les années 1970, la voie de la miniaturisation s’est accélérée. Par exemple, un téléphone mobile qui pesait plusieurs kilogrammes il y a quelques années se porte maintenant en pendentif !

On fait remonter les premiers microsystèmes, ou MEMS (micro-electro-mechanical systems), au début des années 1970, avec des développements de Endevco (accéléromètres silicium pour la défense), Honeywell (capteur de pression silicium pour l’anémobarométrie), etc.
Les années 1980 ont vu, avec l’amélioration des techniques de micro-usinage, le démarrage en fabrication des microcapteurs pour les premières applications dans les domaines de l’aéronautique et de la défense aux États-Unis, puis en France?: pression, température, accélération, champ magnétique, vibration, déplacement, détection de produits chimiques…
Au début des années 1990, les fabrications en grandes séries par des sociétés européennes (Bosch, SensoNor, VTI Hamlin) ou américaines (Analog Devices) ont démarré, prenant comme principes de base les accéléromètres issus du domaine de la défense pour les industrialiser et en diviser le coût par dix, par exemple dans le domaine des accéléromètres pour airbags dans le secteur automobile.
En termes de parts de marché, le secteur des microsystèmes est en croissance forte depuis des années, très fortement tiré d’une part par la microélectronique, d’autre part par les têtes de lecture et d’écriture magnétiques (dans les disques durs) et les têtes des imprimantes à jet d’encre.
L’architecture des microsystèmes repose sur les trois couches suivantes?:
–?la couche technologique, où l’on prend les apports des sciences de la microélectronique, microfluidique, micromagnétique, micromécanique, micro-optique, etc. ;
–?la couche microcomposant?: microcapteurs, microprocesseurs, microactionneurs?;
–?la couche d’intégration, d’interconnexion et d’assemblage.
Les microsystèmes sont généralement fabriqués par des techniques dérivées de celles de la microélectronique. Cela permet notamment une fabrication par lots (plaques entières ou wafers), qui entraîne la possibilité de produire des quantités très importantes (millions de pièces) à bas coût. La conception et la réalisation d’un microsystème mobilisent souvent des compétences issues de plusieurs domaines techniques?: mécanique, biologie, électronique, optique, etc., ce qui rend nécessaire d’avoir des équipes pluridisciplinaires. L’intégration système, et en particulier l’encapsulation, est un des principaux problèmes des microsystèmes. Elle doit protéger le microsystème, tout en n’intervenant pas dans son fonctionnement, par exemple en laissant libre les parties mobiles. Elle se fait soit à l’air, soit sous atmosphère contrôlée pour éviter toute poussière susceptible d’entraîner ultérieurement des défaillances, voire sous vide, selon les précisions requises. Nettement plus complexe que celle des circuits intégrés traditionnels, elle peut représenter plus de 90?% du coût final.
La valeur ajoutée d’un microsystème se situe essentiellement au niveau du système, et non pas des composants (capteurs, actionneurs) individuels?: le remplacement composant par composant d’un système complet n’a généralement que peu d’intérêt, alors que le remplacement en un bloc du système, ou de la fonction, dans son intégralité permet de profiter des avantages des microsystèmes.
L’avantage le plus évident des microsystèmes est la réduction de la taille, donc du poids du système, à fonction égale, par rapport à ce qui se faisait auparavant. Cela s’accompagne souvent d’une réduction importante de la puissance électrique consommée, ce qui est également un gain appréciable dans de nombreuses applications. Cette réduction trouve son origine d’une part dans la réduction de dimension, et d’autre part dans l’utilisation très répandue de l’actionnement électrostatique, qui demande des fortes tensions mais consomme extrêmement peu d’énergie.
Il est clair que la voie de la miniaturisation ne va pas s’arrêter aux microsystèmes, et la tendance est de faire toujours plus, ou plutôt moins en termes d’échelle?! C’est pourquoi les microsystèmes, notamment en ce qui concerne la couche technologique qui les compose, se tournent vers le domaine des nanotechnologies.
Les nanotechnologies aujourd’hui?: immenses possibilités techniques et applications dans la vie quotidienne

Électronique, textile, médecine, chirurgie, les domaines d’applications réalistes des nanotechnologies sont légion. De nombreux produits sont déjà commercialisés?: cosmétiques, pneus, raquettes de tennis, pantalons antisalissure, etc.

Les nanotechnologies peuvent être développées dans tous les domaines

Les applications des nanotechnologies concernent tous les secteurs d’activité

•?Capteurs?: détection via la variation d’une grandeur caractéristique de la couche mince élaborée?;
•?Textiles?: anti-odeur, anti-UV, antibactériens?;
•?Automobile?: matériaux pour catalyseurs, bougies, revêtements de cylindres par des barrières thermiques permettant d’augmenter les rendements thermiques, substitution de nanoparticules métalliques aux hydrocarbures?;
•?Outillages?: à base de carbures (tungstène, titane)?;
•?Restauration de peintures anciennes?: nanopoudres d’hydroxyde de calcium?;
•?Dépollution des eaux et des sols?: réduction des pollutions (remédiation des sols via des nanoparticules de fer pour transformer les hydrocarbures chlorés?; séparation sélective de métaux lourds via des nanomatériaux greffés sur des polymères organiques ou sur des matrices de silice), filtration de l’eau potable, abaissement de températures de flammes?;
•?Médecine?: élaboration de prothèses, ciblage et destruction de cellules cancéreuses, protection antibactérienne, muscles à base de nanotubes de carbone?;
•?Matériaux «?intelligents?» (capables de s’allonger ou de se contracter en fonction de tensions électriques) à base de nanotubes de carbone susceptibles de remplacer les céramiques piézo-électriques?;
•?Énergie?: développement des énergies renouvelables, batteries, stockage d’énergie (de nouveaux supercondensateurs à base de nanotubes de carbone sont à l’étude, avec chargement en quelques secondes, qui remplaceraient les batteries)?;
•?Cosmétiques?: crèmes anti-UV, textiles (vêtements thermochromiques, etc.)?;
•?Peintures et encres?: peinture à base de nanomatériaux pour isoler des salles de spectacles contre la nuisance des téléphones portables, en perturbant la propagation des ondes électromagnétiques de l’extérieur vers l’intérieur via un effet de type cage de Faraday, encres, etc.
Les possibilités techniques des nanotechnologies sont immenses et fondées sur l’exploitation des propriétés intimes de la matière qui sont susceptibles de changer radicalement en deçà d’une certaine taille, ce qui confère ce parfum de magie aux nanotechnologies. Par exemple, l’or est un métal extrêmement peu actif d’où son utilisation massive pour les bijoux mais aussi pour la connectique des satellites envoyés dans l’espace. Cependant, à une taille voisine de 2 ou 3 nanomètres, il change de comportement chimique et  devient catalytique, c’est-à-dire capable d’éliminer l’oxyde de carbone. Autre exemple : le caoutchouc peut être structuré différemment à l’échelle nanoscopique et donne alors naissance à un matériau qui reste flexible mais devient aussi conducteur que le métal.
Des applications dans le domaine de la cryptographie quantique sont envisageables avec des effets dans le domaine de la sécurité bancaire ou militaire. En effet, de nouvelles propriétés physiques apparaissent comme la magnétorésistance géante, mise en évidence en 1988, qui permet de repousser les limites actuelles du stockage d’informations ou la nanoélectronique quantique. À terme, la mise au point de processeurs quantiques permettrait de réduire de plusieurs ordres de grandeur les durées de calcul.
Dans le domaine des composants électroniques, la miniaturisation a déjà atteint l’échelle nanométrique et fait l’objet d’une vision partagée par les scientifiques quant aux rythmes de diminution des dimensions. Un composant électronique verra ainsi sa capacité d’intégration en nombre de transistors multipliée par 16 dans les 6 ans à venir. Pour les mémoires, avec les progrès de la «?spintronique5?» et du développement de matériaux à la fois semi-conducteurs et magnétiques, c’est la densité qui augmente, ainsi que la vitesse de commutation, d’où des performances augmentées de plusieurs ordres de grandeur. La réduction des coûts et des dimensions ouvre la voie à des usages irriguant toute la société, via la fourniture de services dits d’environnement intelligent. Les perspectives dans le domaine de la lithographie permettent d’envisager la fabrication de circuits intégrés avec des résolutions inférieures à quelques dizaines de nanomètres, soit dix fois moins qu’aujourd’hui. Introduire ces technologies au niveau industriel représente un investissement économique lourd, nécessitant une exploitation suffisamment longue pour assurer un retour sur investissement suffisant. En effet, en termes de ticket d’entrée industriel, on évalue à 1 à 5 milliards d’euros la mise sur pied d’une production industrielle de nanoélectronique.
La nanophotonique6 est riche de promesses : génération et transport de lumière dans les nanosystèmes du futur?; nouveaux émetteurs pour écrans plats, permettant de concevoir des écrans souples voire malléables, ce qui facilitera grandement la dissémination de telles technologies, etc.
Les nanomatériaux sont un domaine de recherche très fertile. L’utilisation de procédés modernes d’élaboration, depuis le début du xxe?siècle, a permis de fabriquer de nombreux matériaux structuraux ou fonctionnels nanostructurés, utilisés dans tous les secteurs industriels. Les premiers sont principalement utilisés pour les structures de systèmes (automobiles, avions, fusées, bateaux, etc.) et possèdent d’excellentes propriétés mécaniques. Il s’agit d’alliages d’aluminium, d’aciers, de composites carbone-carbone, etc. Pour les seconds, il s’agit généralement de couches ou de dépôts permettant d’améliorer les propriétés en termes de résistance à la corrosion, à l’usure, à l’érosion. Plusieurs voies se dégagent pour les nanomatériaux?:
•?Renforcement d’autres matériaux, comme des plastiques, par des nanotubes de carbone. Ces derniers ont des propriétés particulièrement intéressantes?: 100 fois plus résistants, 6 à 7 fois plus rigides, 6?fois plus légers que l’acier. Par exemple, pliés avec un angle de 70° ils ne rompent pas et sont capables de reprendre leur forme initiale. Comparés à des fils de cuivre, ils peuvent également conduire des courants d’intensité mille fois supérieure. Certains matériaux ont ainsi été obtenus avec une protection balistique 17?fois supérieure au Kevlar. Certains n’hésitent pas à affirmer que les nanotubes de carbone ont ouvert une nouvelle ère industrielle à l’instar de l’électricité il y a un siècle.
•?Matériaux «?putrescibles?»?: ils sont d’intérêt immédiat pour une société où la protection de l’environnement et l’écoconception ont de plus en plus d’importance, tant du point de vue économique que politique.
•?Matériaux dits «?intelligents?»?: changeant de taille sous l’effet de courants électriques, ils peuvent alors servir de nanoactionneur?; changeant de couleur, ils ouvrent la possibilité de camouflage actif.
L’intégration de nanomatériaux dans des structures macroscopiques est une voie actuellement très regardée, en particulier pour des applications de protection?: le Massachusetts Intitute of Technology (MIT), aux États-Unis, étudie des fibres de vêtement incorporant des nanoparticules de fer se rigidifiant en présence d’un champ magnétique?; US Global Nanospace fait des blindages légers ainsi qu’un produit Blast-X réduisant les effets d’une explosion dans un matériau, ce qui sert au renforcement de structures comme la cabine de pilotage d’un avion.
Dans le domaine des nanobiotechnologies, la puissance conjointe de la microélectronique et de l’informatique est mise au service des disciplines de la biologie et de la médecine pour identifier les composants du vivant, suivre le fonctionnement des organes, intervenir pour soigner. Ainsi, les puces à ADN sont capables de réaliser toutes les tâches d’identification génétique, que ce soit pour la médecine, l’agroalimentaire ou la surveillance bactérienne de l’environnement. À titre d’exemple, la société Nanosphere commercialise un détecteur à base d’ADN pour biotoxines, de même que les sociétés MicroSensor Systems, Agilent, et Affymetrix. Un détecteur d’hémoglobine existe, permettant d’envisager des applications dans le domaine du suivi du combattant (détection de blessures de combat). Les puces à protéines, en cours de développement, auront des sensibilités largement accrues avec des applications industrielles majeures. Des biopuces capables de détecter des virus font dès à présent l’objet d’expérimentations. Elles reposent sur l’utilisation de «?nanotraceurs?» à base de nanocristaux (de séléniure de cadmium) fluorescents, qui présentent un intérêt tout particulier pour suivre l’évolution de processus biologiques dans les cellules vivantes?: éclairés par un rayonnement ultraviolet, ils prennent des couleurs variant selon leur taille (bleu à 2?nm, vert à 3?nm, rouge à 5?nm?: tout le spectre des couleurs peut être ainsi reconstitué par le mélange adéquat?!).
Dans le domaine biomédical, on tire parti de la réactivité accrue d’une substance lorsque sa taille diminue fortement. Un certain nombre de médicaments à base de nanotechnologies sont en développement, en particulier pour la lutte contre divers cancers. Par ailleurs, de nouvelles possibilités sont offertes par la maîtrise de nanopolymères pour faciliter, voire pour guider, la régénération cellulaire musculaire ou osseuse. On imagine également des instruments d’intervention à une échelle cellulaire, fondés sur le principe de la nanopince?: deux nanotubes attachés à des électrodes peuvent être ouverts et fermés en fonction du voltage du courant électrique. De telles pinces ont été utilisées en laboratoire pour manipuler des objets de la taille de 500?nanomètres. Encore plus fascinant?: des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l’université de Boulder dans le Colorado, aux États-Unis, ont présenté en octobre 2006 un couteau composé d’un unique nanotube de carbone qui s’étire entre les deux extrémités d’un anneau de tungstène. Il permettrait de découper des cellules en bandes extrêmement fines et précises, permettant de réaliser des images 3D de cellules et de tissus en tomographie électronique, ce qui exige des échantillons de moins de 300?nanomètres d’épaisseur. Des essais de résistance, en appliquant une pression croissante au dispositif, ont montré la faisabilité du concept, si ce n’est que les soudures étaient les points les plus faibles de l’outil, des recherches étant en cours pour améliorer ce point.
Face à ces perspectives d’application, les enjeux scientifiques sont immenses et les problèmes ouverts nombreux. Actuellement, sur le plan de la physique fondamentale, l’échelle considérée (une centaine de nanomètres) est difficile à comprendre?: en effet, il y a trop d’atomes pour une application directe (par résolution explicite des équations) de la physique quantique, mais cependant pas assez pour des effets statistiques qui permettent de comprendre les propriétés à l’échelle macroscopique. Affublée du nom de mésoscopique, cette échelle met d’ailleurs en évidence des phénomènes particuliers que l’on ne rencontre pas aux échelles inférieure ou supérieure (blocage coulombien, etc.).
Sur le plan expérimental, les dispositifs à petite échelle de type NEMS (nano-electro-mechanical systems), s’ils permettent de mesurer des grandeurs à l’échelle des molécules, voire des atomes, sont par la force des choses très sensibles à leur environnement et tout particulièrement aux molécules de gaz présentes dans l’atmosphère?: ils nécessitent donc un isolement rendant difficile et complexe leur fabrication. Les propriétés physiques de ces NEMS ne peuvent être extrapolées de celles de leurs «?grands?» frères les MEMS. On aimerait donc avoir des systèmes qui soient plus ou moins fonctionnellement équivalents aux MEMS existants, avec un avantage supplémentaire de miniaturisation extrême, mais cela n’est pas systématiquement possible. C’est pourquoi les recherches et développements sont aujourd’hui principalement consacrés à des performances à l’échelle nanométrique au service d’une intégration faite à une échelle supérieure. La maîtrise du nanosystème, en tant qu’objet spatialement limité et remplissant une fonction bien définie, représente pour l’instant encore un défi scientifique et technique à relever.

Une profusion d’applications des nanotechnologies

Même si le domaine est encore largement à explorer sur le plan scientifique, des applications dans le monde de tous les jours sont déjà commercialisées depuis plusieurs années (voir l’encadré).
Les objets de notre quotidien

•?Cosmétiques divers comme Revitalift® de L’Oréal avec ses nanosomes actifs pour le soin de la peau, ou la crème solaire ZinClear™ de la firme Advanced Nanotechnology Limited, avec des nanoparticules d’oxyde de zinc qui bloquent une partie du rayonnement ultraviolet, etc.?;
•?Pansements de la marque Curad® aux États-Unis, spray pour préservatifs Nanometer-silver Cryptomorphic Condom, commercialisé en Chine (pour ces produits, des particules d’argent permettent une protection accrue antibactérienne?; on les retrouve dans les revêtements intérieurs de lave-vaisselle et réfrigérateurs Samsung)?;
•?Chemises de Hugo Boss, pantalons antisalissure commercialisés par Eddie Bauer (des nanoparticules au niveau des fibres de tissu les rendent résistantes à la pénétration de liquides)?;
•?Vêtements dits intelligents intégrant des capteurs et des sources d’énergie, comme la robe «?Firefly?» créée par Maggie Orth, Emily Cooper et Derek Lockwood, exposée au National Textile Museum de Washington, aux États-Unis?;
•?Raquettes de tennis Nanotube Power et VS Nanotube Drive (elles intègrent du graphite avec des nanotubes de carbone, d’où légèreté et rigidité accrues), battes de baseball et cadres de vélo renforcés aux nanotubes de carbone et proposés par la société Easton?;
•?Balles de tennis Wilson Double Core (le revêtement intérieur de 20 microns en multicouche de 1 nanomètre chacune les rend «?jouables?» au meilleur niveau jusqu’à quatre semaines, car il diminue la déformation permanente de la balle suite aux chocs et bloque les échappements gazeux au niveau de la paroi), balles de golf de la société NanoDynamics avec meilleure tenue de trajectoire?;
•?Peintures de carrosseries de véhicules avec une meilleure accroche donc moins sensibles aux rayures (modèles haut de gamme Mercedes, Hummer Sport Utility Truck de General Motors?;
•?Pneu vert de Michelin, où les nanoparticules de silice remplacent le noir de carbone7, diminuant ainsi la résistance au roulement sans modifier les paramètres d’adhérence et d’usure, et conduisant à des économies substantielles de carburant?;
•?Revêtements de poêles et de casseroles chez Nanoflon, pour des cuissons sans graisse et des ustensiles de cuisine résistant aux rayures, qui n’accrochent pas et se nettoient facilement?;
•?Lave-vaisselle commercialisé par Hitachi Home & Life Solutions qui projette des gouttelettes de 1,5 nanomètre de diamètre afin de détacher les résidus de la vaisselle, ce qui permet de réduire la consommation totale d’eau et d’électricité lors d’un cycle de nettoyage?;
•?Revêtements transparents de vitres à base de nanoparticules d’oxyde de titane, pour favoriser le ruissellement de l’eau sur ces surfaces sans former de gouttelettes tout en emportant les saletés, à l’image des fleurs de lotus dont la surface est naturellement recouverte de nanocristaux de cire, ce qui fait que les gouttes d’eau restent sphériques et roulent comme des billes (l’entreprise allemande Kleinmann commercialise un spray de protection de pare-brise avec ces propriétés)?;
•?Jusqu’au béton autonettoyant de l’église du Jubilé à Rome, dont la surface contient des nanoparticules préservant la blancheur de l’édifice?!

D’autres applications émergent dans les domaines de la décontamination. Deux modes d’action existent?: passif et actif. Le mode passif fait intervenir des membranes à nanopores qui retiennent les polluants sélectivement en fonction de leur taille?: ce sont des améliorations incrémentales des processus de filtration actuels. Un exemple en est le gel fabriqué par la société Taiwan Surfactant qui permet d’absorber les métaux lourds dans les eaux usées. Le mode réactif utilise par exemple des nanofilaments portant des molécules catalytiques capturant protéines diverses et germes nocifs. Citons ainsi les couches photocatalytiques autonettoyantes, développées par des sociétés telles que PPG, GE Lighting, Pilkington Glass mais aussi d’autres groupes au Japon, qui peuvent détruire des produits polluants. De son côté, l’US Army utilise des poudres à base d’oxyde d’aluminium ou de magnésium (commercialisées par la société NanoScale Materials) pour la décontamination chimique.
Dans le domaine de l’énergie, trois voies sont explorées?:
–?L’augmentation de la réactivité chimique grâce à des nanoparticules?: Argonide Corporation produit Alex, un additif à base de nanoparticules d’aluminium, qui augmente l’efficacité du kérosène d’un facteur 10. L’utilisation de zéolites8 par Mobil aurait ainsi entraîné une économie de 400?millions de barils par an aux États-Unis?;
–?La diminution de pertes dans le transport d’énergie?: des nanotubes de carbone pourraient réduire la dissipation d’énergie dans les câbles (perte de 30?% pour des fils de cuivre), du fait de leur résistance électrique quasi nulle. Des recherches ont déjà débouché sur la mise au point de filaments pour les ampoules à incandescence à base de nanotubes de carbone, consommant moins d’électricité et produisant une plus forte luminosité (l’enjeu est énorme?: aux États-Unis, la part prise par l’éclairage dans la consommation électrique est estimée à un tiers)?;
–?L’amélioration et la mise au point de nouvelles sources d’énergie?: les nanotubes de carbone ainsi que des aérogels de carbone sont utilisés pour les membranes des piles et pour le stockage d’hydrogène dans les piles à combustible hydrogène?; Nanosolar produit des collecteurs d’énergie solaire de 300?nm d’épaisseur (1?000?fois plus petits que les cellules actuelles à base de silicium), avec des rendements de l’ordre de grandeur des cellules solaires actuelles, soit près de 25?%.


Attention aux chimères?: des projets réalisables
aux fantaisies de la science-fiction

Les perspectives révolutionnaires des nanotechnologies ne doivent pas faire oublier les limites actuelles du nanomonde. Certaines applications futuristes restent du domaine de la science-fiction.

Les limites actuelles des nanotechnologies

Les nanotechnologies, mais plus généralement leur convergence avec d’autres sciences, offrent des perspectives importantes, parfois révolutionnaires, en particulier sur les trois thèmes de la santé, du développement durable et des technologies de l’information. Par exemple, en traitant le vivant au niveau moléculaire, la médecine concevra plus efficacement diagnostics, thérapies, voire substituts d’organes. De même, des matériaux structurés à petite échelle pourraient avoir un impact environnemental moindre et de nouveaux dispositifs (piles à combustible hydrogène, etc.) permettre une utilisation plus rationnelle de l’énergie. Par exemple, la combustion de nanoparticules métalliques fait l’objet de recherches afin d’anticiper la fin des combustibles fossiles.
Toutes ces prédictions sont fondées sur l’état des connaissances actuelles. Mais quelles sont les limites du possible à long terme et quelles sont les limites du souhaitable??
À l’extrême, manipuler la matière à l’échelle moléculaire, à l’instar du vivant, pourrait permettre de créer des formes de vie artificielles?: ce thème des nanorobots autonomes et capables de se reproduire a été popularisé dès 1986 par Eric Drexler9 dans son ouvrage Engines of Creation. Il y a développé le syndrome de la «?gelée grise?»?: des assembleurs moléculaires, qui permettraient de créer toute structure à partir d’atomes individuels, pourraient devenir hors de contrôle, se répandraient tels des virus ou des criquets, et détruiraient le monde. En réalité cette conception néglige le fait que les objets ne se manipulent pas à l’échelle nano comme au niveau macroscopique10, et qu’avec les technologies prévisibles à court et moyen termes cela nécessiterait des ressources gigantesques?: à titre d’exemple, une machine travaillant comme celle qui a écrit les initiales d’IBM avec des atomes individuels ne pourrait générer que de l’ordre de 10-14 g de matière par an, soit 0,1 mg depuis la création de l’univers… Le danger éventuel est donc lointain?!
Les réalisations actuelles sont certes impressionnantes, mais ce ne sont pour beaucoup que des prouesses de laboratoire, à l’image de la «?nanocar?» construite par une équipe de la Rice University aux États-Unis, mesurant 3 nanomètres de large pour 4?nanomètres de long et qui est en fait une molécule en forme de H dont les quatre extrémités sont composées de sphères de carbone de 60?atomes de carbone chacune. À l’instar d’un véhicule rudimentaire, cette molécule peut se déplacer dans un plan, et l’imagination fertile des scientifiques, mais aussi des lecteurs, conduit à voir là les prémices d’un outil de convoyage de nanomatériaux au sein d’une éventuelle nano-usine?!
On pourrait objecter que le monde vivant est déjà capable de construction et de reproduction au niveau nano, mais il convient de souligner que le taux d’erreur dans les séquences de protéines est relativement élevé (un pour mille), ce qui est suffisant pour la synthèse chimique organique11, mais est de 6 voire 9 ordres de grandeur supérieur à ce qui serait nécessaire pour des composants numériques. De plus, les molécules du vivant sont peu programmables, un changement de faible amplitude entraînant des effets non prédictibles sur la fonction correspondante. À court et moyen termes, au grand dam des visionnaires technophiles et de prophètes de cataclysmes, les assembleurs moléculaires sont inimaginables sur les plans de la faisabilité tant technique qu’économique.

Des applications futuristes qui restent du domaine de la science-fiction

Divers ouvrages, tant de science-fiction que de prospective, regorgent d’imagination en termes d’applications futuristes. Nous ne citerons que celles que l’on retrouve quasiment systématiquement?: l’ascenseur spatial, la cape d’invisibilité, la poussière intelligente, les nanoréplicateurs, le brouillard utilitaire.
•?L’ascenseur spatial?: on imagine des câbles ou des tubes de l’ordre d’un mètre de diamètre et 100?000 kilomètres de long, dont la paroi très fine serait renforcée par des nanotubes de carbone, reliant la surface terrestre à un véhicule spatial et permettant de faire transiter des charges du sol vers l’espace et réciproquement. Des calculs poussés ont été faits pour évaluer ce qui se passerait en cas de rupture du câble, et pour évaluer l’intérêt économique éventuel du concept. Il est raisonnable de penser que l’idée n’en restera qu’à l’état de concept, même si elle sera peut-être appliquée sur des distances bien moins ambitieuses.
•?L’invisibilité?: on utilise les propriétés de certains nanomatériaux capables d’agir sur les propriétés électromagnétiques dans certaines longueurs d’onde, en particulier la capacité de dévier les rayonnements. La difficulté est ensuite de construire la géométrie globale du matériau de manière à ce que la déviation soit telle qu’elle restitue le rayonnement comme si le matériau n’avait pas été sur le chemin. Une faisabilité a été démontrée en octobre 2006 dans le cas d’un rayonnement micro-onde dans un contexte expérimental très simplifié. Pour obtenir le même effet avec des rayonnements dans le domaine du visible, et dans des environnements dynamiques où tout est en mouvement, il faut des matériaux différents et des géométries beaucoup plus compliquées. La cape d’invisibilité est donc encore un artefact magique difficilement accessible en dehors des romans de fantaisie et des salles de cinéma…
•?La poussière intelligente?: elle est composée de microsystèmes (capteurs, émetteurs, sources d’énergie, etc.) capables de s’organiser en réseau communiquant, d’échanger des informations. Pulvérisés dans l’air ou incorporés dans certains matériaux, ils serviraient de dispositifs de surveillance intelligents. Tout type d’application est envisageable, depuis la surveillance des récoltes afin de prendre en compte au plus tôt un problème quelconque, jusqu’à la surveillance permanente des allées et venues dans des contextes de sécurité nationale ou de conflit militaire. Afin de rassurer le lecteur, signalons que même si certaines faisabilités techniques des divers modules ont été démontrées (des capteurs abandonnés largués par avion ont été employés pendant la guerre du Vietnam), l’intégration des technologies dans un système opérationnel flexible et déployable à la demande est très loin d’être réalisable.
•?Les réplicateurs et nano-usines?: nous retrouvons ici un savant mélange du mythe du Golem et des alchimistes médiévaux, à l’échelle nanoscopique?: à l’instar de l’évolution de la vie sur Terre, des nanosystèmes s’auto-organiseraient, se reproduiraient et créeraient ainsi tout type d’objet existant ou pas. L’idée est intéressante sur le plan philosophique, mais peu réaliste sur le plan scientifique?: quand on observe que les propriétés magnétiques et de conduction de certains films nanométriques changent selon qu’ils présentent un nombre pair ou impair de couches atomiques, on voit que l’addition ou la soustraction d’un seul atome peut être cruciale. Il risque donc d’être très difficile de construire n’importe quoi… La nature elle-même démontre d’ailleurs la non-viabilité de nombreux assemblages moléculaires. La société Zyvex, créée par James von Ehr, s’est donné comme objectif de créer ce type de nano-usine. Avec 300 millions de dollars d’investissement pour la période 2000-2010, cette société explore les différentes méthodes top-down et bottom-up, met au point des outils de nanomanipulation ainsi que des nanomatériaux, nanosolvants, etc. On est encore loin du but, et pour l’instant, le concept de nano-usine n’existe qu’en simulation et encore de manière très partielle au travers du logiciel 3D de conception et de mise au point de nanosystèmes, Nanoengineer-1, de la société Nanorex.
•?Le brouillard utilitaire?: connu aussi sous le nom de utility fog, c’est un ensemble de nanorobots très simples pouvant bouger d’avant en arrière et former ainsi toute sorte d’objet désiré. Ces derniers apparaîtraient ainsi à la demande dans l’air ambiant grâce à cette substance polymorphe et intelligente qui serait disséminée partout. Là encore, outre la faisabilité technique de tels essaims de nanorobots qui est loin d’être démontrable, se pose la question fondamentale de la programmation de l’essaim?: comment lui dire ce qu’il doit faire, si ce n’est en complexifiant les nanorobots élémentaires, ce qui remet d’autant en question la faisabilité précédente.


La métaconvergence «?NBIC?»?: une rupture??

Les convergences entre nanotechnologies, biotechnologie, technologies de l’information et science cognitive sont riches de potentialités. Elles peuvent aussi creuser le fossé technologique et économique entre les États-Unis et le reste du monde.

La problématique de la convergence est traditionnelle dans le domaine des technologies de l’information : dans un premier temps télécommunications et informatique (les célèbres TIC, technologies de l’information et de la communication), puis convergence de celles-ci avec les technologies de l’audiovisuel, et enfin valorisation d’ensemble par application à la mobilité des biens et des services.
Les combinaisons susceptibles d’émerger dans le domaine des nanotechnologies et des microsystèmes sont nettement moins intuitives dans la mesure où elles transcendent dorénavant des filières scientifiques et technologiques traditionnellement fortement cloisonnées, de la conception à la mise sur le marché. Toutefois, des combinaisons provenant d’au moins deux filières distinctes commencent à apparaître, avec des dynamiques contrastées.
Les convergences par combinaisons simples font référence aux productions obtenues à partir de la combinaison des nanotechnologies avec soit les technologies de l’information et de la communication, soit les biotechnologies, ou encore du rapprochement de la biologie et des TIC à l’échelon submicronique.
Cependant les combinaisons deux à deux ne décrivent pas à elles seules les réalités industrielles et dans ce domaine, la métaconvergence «?NBIC?» (Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science) est riche en termes de potentialités d’applications et de retombées économiques. Il convient d’associer au moins trois filières pour identifier les applications à meilleure valeur ajoutée.
Ainsi de la combinaison des nanotechnologies, des biotechnologies et des TIC, qui requiert un savoir-faire interdisciplinaire nouveau favorisé par une instrumentation et des équipements mis en commun. Les capteurs biologiques organisés en réseau présentent une fiabilité importante utilisable dans les lignes de fabrication. Des systèmes avancés de diffusion ciblée pour la détection et la destruction des cellules cancéreuses, ou pour la surveillance à distance pour des applications de santé, offrent des perspectives de marché significatives (au Japon, le marché du quatrième âge offre ainsi un potentiel important aux nouvelles technologies), en même temps que des économies dans les coûts d’assurance maladie. De façon plus prospective, il pourrait être fait référence aux systèmes de «?peau active?» utilisant la perception ou la sensation de perception à distance du toucher (l’un des éléments de ce qu’il est convenu d’appeler la perception de présence à distance).
La combinaison des nanotechnologies et de la biologie est également prometteuse. Elle porte notamment sur les techniques de compression et d’enrichissement de l’ADN, la protéomique, les organismes vivants manufacturés à partir de nanoéléments synthétiques (en particulier des virus), la production d’organismes vivants extrêmement petits. Les applications en technologies médicales sont porteuses d’un espoir grandissant, à mettre en relation avec le risque d’attitude hostile du public au regard des dérives potentielles, qui relèvent d’expressions intentionnelles et moins d’accidents. Les biopuces font l’objet d’une concurrence importante au plan mondial.
Les applications industrielles de la convergence des sciences cognitives avec les technologies à forte capacité transformationnelle que sont les nanotechnologies, les TIC et les biotechnologies sont extrêmement utiles dans les problématiques de réparation de fonctions vitales atteintes (maladies de Parkinson, d’Alzheimer, hémiplégie due à un accident cérébrovasculaire, etc.). Elles ouvrent aussi la voie aux augmentations de capacité, et par voie de conséquence aux modifications de productivité, de créativité, d’attitude, voire de personnalité. Elles sont donc plutôt plus susceptibles que d’autres d’être soumises à la question des limites. Citons ainsi les technologies d’outils d’intervention sur la « conscience », vue comme la globalisation de la mémoire, de la perception de présence, de la finalité de l’agir et de la volonté. La communauté scientifique cantonne pour l’instant ses intentions à l’activité réparatrice (on ne va pas modifier la pensée, mais seulement court-circuiter ce qui ne marche pas). Mais qu’en est-il des intentions sociétales à plus long terme?? Tout est possible pour certains, si l’on se réfère par exemple aux courants transhumaniste ou posthumaniste*. Ce dernier considère que nous sommes arrivés à l’instant où nous allons avoir les moyens d’échapper à la condition humaine originelle?: dans ces discours techno-utopistes, on retrouve le fantasme originel d’immortalité. Les questions éthiques prennent alors toute leur dimension (voir chap. 5).

Transhumanisme et posthumanisme?: Le transhumanisme est une doctrine philosophique qui analyse et encourage l’usage de certaines technologies pour améliorer la condition humaine, au-delà des contraintes de l’évolution biologique. Le posthumanisme est plus radical?: il envisage un monde futuriste où l’humanité aurait réussi à s’étendre sur des supports et dans des lieux qui sont actuellement inabordables à l’homme et à sa pensée, par exemple le monde des réseaux ou le milieu galactique12.

Un «?gap?» stratégique programmé entre les États-Unis
et le reste du monde

Aux États-Unis, le concept de convergence des technologies NBIC pourrait se situer à l’origine d’un nouveau fossé transatlantique si l’Europe ne se décide pas à lancer une initiative ambitieuse dans ce secteur. Déjà, en 2002, un rapport13 d’experts de près de 500 pages de la National Science Foundation (NSF), une agence gouvernementale américaine, faisait état des perspectives de développement que pourrait autoriser la rencontre de ces différentes disciplines en vue de l’accroissement des capacités physiques et psychiques humaines.
Évoquant le segment de la sécurité nationale, le rapport d’experts invite l’administration fédérale américaine à conduire des réflexions sur les opportunités offertes par ces technologies et n’hésite pas à encourager les recherches en vue de l’augmentation, d’ici dix à vingt ans, des aptitudes physiques du combattant, voire même l’optimisation des interfaces homme-machine grâce notamment aux perspectives offertes par les nanotechnologies. L’investissement dans les travaux de convergence des nanotechnologies, des biotechnologies, des technologies de l’information et des sciences cognitives pourrait conduire à des technologies innovantes (de rupture) pouvant révolutionner de nombreux domaines touchant au combat et au maintien de la paix. On s’attend à ce que la convergence ou la synergie émanant de leur combinaison engendre des capacités telles que?:
• la cognition et la communication humaines étendues grâce à des implantations cérébrales, de nouveaux médicaments et des interfaces directes entre cerveau et machine?;
• la santé humaine et les capacités physiques améliorées grâce à des nanobiocapteurs, qui permettraient de surveiller et de réparer les fonctions corporelles, et à des systèmes qui intensifieraient les sens humains?;
• les systèmes intelligents autonomes de collaboration et adaptés aux besoins pour faciliter la prise de décision et les nanorobots pour la surveillance et les applications médicales.
Par ailleurs, le rapport voit dans l’atteinte des divers objectifs une dimension stratégique claire dans le domaine géopolitique et militaire :
• réduire les risques de conflits en fournissant un avantage technologique écrasant aux Américains?;
• limiter drastiquement les pertes en vie humaines durant les conflits?;
• diminuer significativement les coûts d’entraînement des forces.

Avec la conquête de l’infiniment petit, les clés d’un nouveau monde se livrent à nous, celui des nanotechnologies et des microsystèmes. Les nanotechnologies recouvrent déjà un large éventail d’applications, alors même que ce domaine n’est défini que depuis quelques années seulement. Leur convergence avec d’autres sciences offre des perspectives importantes, parfois révolutionnaires, dont la maîtrise revêt un caractère potentiellement stratégique.
Au-delà des fantasmes, qu’ils relèvent de la science-fiction ou du cauchemar, il est indéniable que de nouvelles possibilités s’ouvrent à nos sociétés. Saurons-nous alors profiter des opportunités qui s’offrent à nous tout en maîtrisant les impacts sur la sécurité, la société, les libertés individuelles?? Vaste débat que nous aborderons dans les chapitres suivants après avoir analysé la dimension économique de ce phénomène planétaire (voir chap.?2).