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Les nanotechnologies : un nouveau paradigme Les Cahiers de l’ANR - n°5 juillet

Les nanotechnologies : un nouveau paradigme Les Cahiers de l’ANR - n°5 juillet 2012 Ce Cahier n°5 a été conçu par julien Haccoun et Didier Théron avec le concours d’Aline Tournier Nous remercions l’ensemble des contributeurs et plus particulièrement Claire Dupas, Pascal Royer, Patrick-Yves Badillo et Bertrand Braunschweig. Photo couverture : Projet IMPROVE-LM Les Cahiers de l’ANR sont également téléchargeables en ligne : www.agence-nationale-recherche.fr Les Cahiers de l’ANR traitent de questions thématiques transverses aux différents appels à projets inancés par l’ANR. Cette collection met en perspective les recherches, les innovations et les avancées technologiques en cours dans un domaine spéciique. Quels sont les enjeux techno- logiques, sociétaux, économiques, prospectifs ? Quelles sont les actions de l’ANR ? Sans prétention d’exhaustivité, l’objectif est d’expliciter les grandes problématiques. Il est fait référence aux différents projets de recherche inancés par l’ANR. Une présentation synthétique des projets est proposée. Chaque Cahier permet donc d’approfondir la connaissance scientiique du domaine choisi. Il s’adresse aux chercheurs, aux décideurs mais aussi à un large public. L’importance et la diversité des projets de recherche et des équipes scienti- iques sont ainsi mises en lumière. Juillet 2012 1 cahier de l’ANR Les nanotechnologies : un nouveau paradigme avant-propos L es nanosciences et nanotechnologies font de- puis plus de vingt ans l’objet de travaux nom- breux, au sein et à l’interface de disciplines scienti- iques multiples, comme la physique, la chimie, les STIC, la biologie, les sciences de l’ingénieur ou les sciences humaines et sociales. Les recherches sur les nanotechnologies suscitent des espoirs impor- tants en raison des propriétés particulières de la ma- tière à l’échelle nanométrique qui permettent d’envi- sager de nouvelles fonctions jusqu’ici inimaginables. Fabriquer, observer et manipuler des nano-objets, étudier et comprendre leurs propriétés et leurs inte- ractions avec leur environnement, en particulier avec le vivant, les modéliser et les simuler, les intégrer dans des systèmes communicants, tels ont été et sont encore les grands déis scientiiques indispen- sables à relever pour développer des applications nombreuses et considérables, mais de façon maî- trisée et contrôlée. Les applications des nanotechnologies sont de plus en plus importantes dans la vie de chaque individu, pour l’industrie et le commerce, pour la santé et la société. Aujourd’hui, des travaux de recherche et de développement sont en pleine explosion sur les applications des nanotechnologies dans le domaine de l’énergie, de la chimie et des capteurs, des maté- riaux, de l’information et des communications, de la biologie et de la médecine, de l’environnement. Ce riche paysage ne doit pas occulter d’autres as- pects, comprenant, en contrepoint des avantages, les risques nouveaux des nanotechnologies pour la santé, l’environnement, le respect de la vie privée, ou plus loin encore, les évolutions de l’espèce humaine. Les déis à relever sont donc immenses et la com- pétition entre grands pays apparaît de plus en plus acharnée. C’est dans ce contexte scientiique et économique mais également sociétal que l’Agence Nationale de la Recherche a, en cohérence avec la SNRI, pris toute sa place dans le développement des recherches sur les nanosciences et nanotechnologies en France, via ses programmes thématiques et non-thématiques. Les différents programmes thématiques spéciique- ment intitulés « nano» (PNANO puis P3N et actuelle- ment P2N) ne couvrent pas l’ensemble des travaux inancés par l’ANR sur ces thématiques. L’Agence inance en effet des projets de recherche amont dans tous les champs disciplinaires associés, mais également dans ses programmes thématiques en STIC, énergie, biologie-santé, sciences de l’ingénie- rie, environnement et développement durable, éco- nomie et sociologie, etc. Des partenariats avec les entreprises sont également soutenus, via les Instituts Carnot, les pôles de compétitivité, ou le programme Emergence inancé par l’ANR. L’Agence a égale- ment été en charge de la gestion d’une partie du programme NanoInnov, axé sur le développement de l’innovation et du transfert des résultats de la recherche vers l’industrie dans trois grands centres en France : Grenoble, Toulouse et Saclay. Plus récemment, nombre de projets importants ont été sélectionnés dans le cadre des programmes Inves- tissements d’Avenir et devraient accélérer le déve- loppement de ces travaux en France. Le présent cahier décrit les évolutions du paysage scientiique et institutionnel en France depuis 2006, avec des comparaisons à d’autres institutions euro- péennes et mondiales. Il présente des projets inan- cés par l’ANR couvrant à la fois des aspects fonda- mentaux des recherches et des travaux à visée ap- plicative et économique impliquant des partenaires du monde socioéconomique. Les risques toxicolo- giques et écotoxicologiques liés aux nanotechno- logies, les aspects éthiques et déontologiques sont également pris en compte. Ce cahier contribuera donc à éclairer les lecteurs sur la diversité et la qualité des travaux menés par les équipes françaises et leurs partenaires pour déve- lopper la compréhension et l’utilisation sociétale des nanotechnologies. Professeure Claire Dupas Conseillère scientifique à l’ANR Juillet 2012 cahier de l’ANR Les nanotechnologies : un nouveau paradigme 2 résumé Les nanotechnologies se déinissent par rapport à une échelle de longueur : le nanomètre (un milliardième de mètre : 1 nm = 10-9 m), dimension caractéristique des objets moléculaires. Elles concernent de très nom- breuses disciplines qui, par leur biais, vont bénéicier de nouveaux outils de fabrication, de caractérisation et de visualisation à cette échelle. En complément des nanosciences, elles offrent la possibilité d’appréhender sous un angle nouveau un nombre très élevé de problé- matiques nécessitant de maîtriser et de comprendre les phénomènes à cette échelle, et sont prometteuses de solutions pour une multitude d’applications répondant à des besoins sociétaux essentiels. Les nanotechnologies participent à un nouveau para- digme. En effet, l’histoire économique de nos sociétés industrielles a été marquée par trois grandes vagues successives. La première vague fut celle du charbon et de l’acier, la deuxième vague celle de l’électricité et du pétrole, la troisième vague celle des télécommuni- cations. La quatrième vague est celle des technologies de l’information et de la communication, des nanotech- nologies, des biotechnologies et des écotechnologies : « Au XXème siècle, ce sont les domaines de l’aéro- nautique et des télécommunications qui ont trans- formé l’économie. Aujourd’hui, la croissance repose également de plus en plus sur d’autres technologies génériques essentielles, telles que les écotechnolo- gies, les nanotechnologies, les biotechnologies et les technologies de l’information et de la communication. Ces technologies peuvent concerner tous les aspects de notre vie1. » Parmi les technologies porteuses de la quatrième vague, les nanotechnologies sont des tech- nologies habilitantes clés. Ces dernières, classiiées en 6 domaines2, permettent de faire progresser tous les domaines applicatifs (santé, environnement, commu- nication, sécurité, transport, loisirs, services, forma- tion,…). Les nanotechnologies sont ainsi porteuses d’évolutions dans tous ces domaines. Si l’on considère les besoins de l’humanité : « vivre dans un environne- ment construit ; pouvoir respirer, s’alimenter, et rester en bonne santé, disposer d’une certaine mobilité ; et communiquer, dans la plupart de ces domaines les nanotechnologies ont un rôle à jouer pour améliorer la qualité de vie3» Les nanotechnologies permettent de visualiser et de manipuler la matière à son échelle élémentaire, celle de l’atome. Elles sont complémentaires aux nanosciences qui concourent à comprendre le comportement de la matière à cette échelle. Elles concernent les disciplines scientiiques majeures telles que la chimie, la biologie, la physique, etc. et sont prometteuses d’évolutions importantes dans tous ces domaines. Face à cette diversité, il appartient à l’ANR d’organi- ser et d’accroître les efforts de recherche dans les domaines porteurs d’avancées sociétales, technolo- giques et économiques. Dans une première partie, le présent cahier donnera aux lecteurs des clés de compréhension des nanotech- nologies, de leur impact potentiel et des acteurs de la recherche. Dans une seconde partie seront présentés 62 projets inancés par l’ANR dans différents domaines scientiiques et technologiques et répondant aux diffé- rents enjeux des nanotechnologies : ◆les enjeux fondamentaux, car elles sont complé- mentaires aux nanosciences qui permettent de repous- ser les frontières de la connaissance ; ◆les enjeux applicatifs dans une multitude de sec- teurs, non seulement du point de vue des technologies de l’information et de la communication, mais aussi dans les secteurs de la santé, de l’environnement, de l’énergie, du développement durable, de la sécurité, des transports et des loisirs ; ◆les enjeux stratégiques, car elles positionnent la France dans la compétition mondiale, ce position- nement se faisant bien entendu en cohérence avec l’Europe ; ◆les enjeux industriels, car la maîtrise des nanotech- nologies est un enjeu déterminant pour le maintien d’un secteur industriel nécessaire au développement de la France et de l’Europe ; ◆les enjeux sociétaux, ce qui implique de mesurer l’impact des nanotechnologies et de les réguler. De ce point de vue il importe de noter que l’ANR inance plusieurs projets pour appréhender l’impact écologique des nanotechnologies, les phénomènes de toxicité ou les mutations sociétales et humaines qu’elles suscitent. Ces projets sont également présentés dans le présent cahier. 1 Commission Européenne, Initiative phare Europe 2020 Une Union de l’innovation, SEC(2010) 1161, Octobre 2010. 2 Nanotechnologies, Micro et Nanoélectronique, Biotechnologies, Photonique, Matériaux avancés et systèmes de production avancés (source : HLG KET working document) 3 Louis Schlabach in Questions d’avenir, Le Temps, Georg Editeurs, 2009, p.144. uploads/Science et Technologie/ les-nanotechnologies-un-nouveau-paradigm.pdf