R É A L I T É S

HORS DOSSIERPhotos 5 et 6 : Image d’une surface de graphite vue avec le microscope à effet tunnel (© Bruno Fouquet).on part d’un matériau, on le découpe et on le «sculpte»pour fabriquer un composant aux dimensions les pluspetites possibles.Mais cette course à la miniaturisation devient aujourd’huide plus en plus difficile. D’abord pour des raisonstechniques : plus les transistors sont petits, plus il estdifficile de dissiper la chaleur que produit leur fonctionnement.De plus, à l’échelle nanométrique, les loisde la physique quantique commencent à se manifesteret elles sont susceptibles de perturber le fonctionnementnormal des transistors, qui sont conçus sur lesfondements de la physique classique.Ensuite, pour des raisons économiques. Certes, avec laproduction de masse, le coût de fabrication d’un transistordiminue, mais, en même temps, les investissementsnécessaires à la mise en place de procédés defabrication de plus en plus sophistiqués deviennentprohibitifs : aujourd’hui, le coût d’une usine de fabricationde microprocesseurs atteint 3 milliards d’euros.Un changement de technologie est donc nécessaire etles nanotechnologies pourraient apporter une réponse.DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUESDANS LE NANOMONDELe premier instrument mis au point pour voir le nanomondefut le microscope à effet tunnel. Pendant que sapointe métallique très fine balaye la surface du matériauà quelques nanomètres de distance, seulement, decelui-ci, on applique une tension électrique qui fait passerdes électrons, par «effet tunnel», entre la pointemétallique et la surface de l’objet. Après avoir enregistréles variations de ce courant, on reconstitue par ordinateurle relief de la surface survolée avec une précisionde l’ordre de l’atome, soit 0,1 nm. Mais le microscopeà effet tunnel permet de visualiser exclusivement desmatériaux conducteurs (voir les photos 5 et 6).Pour examiner des matériaux isolants (comme les polymères,les céramiques ou les cellules vivantes), on aconçu le microscope à force atomique. Celui-ci disposed’une pointe fixée sur un bras de levier flexible, quibalaye et interagit avec la surface du matériau à observeren en suivant le relief. La déformation du levier,mesurée à l’aide d’un faisceau laser, est enregistrée parun ordinateur.Ces instruments étaient initialement conçus pourobserver la surface des matériaux. Aujourd’hui, onpeut aussi les utiliser pour déplacer les atomes un parun, à l’instar d’une « pince à atomes », afin d’assemblerla matière atome par atome et de construire desédifices moléculaires que l’on peut intégrer dans dessystèmes plus grands : c’est la technique de fabricationsuivant le concept appelé « bottom-up » (voieascendante). Mais construire des nano-objets à l’aided’un microscope à force atomique reste une techniquede laboratoire que l’on peut qualifier d’artisanale: elle ne permettra pas une production industrielle,car déplacer les atomes, un par un, avec la«pince à atomes» demanderait beaucoup trop detemps.D’autres solutions émergent peu à peu, qui exploitentà la fois les avancées de la physique, de la chimie et dela biologie pour fabriquer des objets nanométriques ensérie.Une des méthodes prometteuses, inspirée de la physiquedes surfaces, est l’auto-organisation, qu’illustrele processus de la formation de la buée sur les vitres :la vapeur d’eau se condense de façon uniforme sur lasurface de la vitre en formant une multitude demicrogouttes régulières. Ainsi, les exemples les plusréussis de nano-systèmes bâtis selon la voie ascendantesont ceux réalisés par la nature dans un processusd’évolution de plus de 3,5 milliards d’années, qui adonné naissance au monde du vivant, si riche et sicomplexe, que nous connaissons aujourd’hui (voir laphoto 7).D’autres techniques nouvelles permettant la fabricationindustrielle de nano-objets sont en cours de développement.En attendant, plusieurs types de nanoparticulessont déjà utilisés :• le nanotube de carbone, mis en évidence en 1991par Sumio Iijima (NEC, Japon) est un feuillet de graphiteformé d’atomes de carbone disposés en réseauhexagonal (évoquant un nid d’abeilles) et enroulé surlui-même, comme un cigare. Son diamètre est del’ordre du nanomètre et sa longueur peut atteindre76RÉALITÉS INDUSTRIELLES • AOÛT 2010