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1 Nanotechnologies Initiative Nano-INNOV Jean-Frédéric CLERC CEA /Direction de la Recherche Technologique 26 novembre 2009.

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1 1 Nanotechnologies Initiative Nano-INNOV Jean-Frédéric CLERC CEA /Direction de la Recherche Technologique 26 novembre 2009

2 2 Sommaire Le périmètre des nanotechnologies Spécialités et connaissances transverses Perspective dune société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique Perspective dune croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies Lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

3 3 Périmètre des nanotechnologies Nanotechnologies = échelle de 1 nanomètres à 100 nanomètres 1 nanomètre Propriétés originales de certains arrangements particuliers datomes (de quelques atomes à quelques milliers datomes) Nanotube de carbone Fullerène Atome de carbone 1 Angstrom Atome hélium

4 4 Nanosciences = comprendre les propriétés inédites que présentent certains assemblages particuliers datomes et de molécules Nanotechnologies= maîtriser lassemblage des atomes et des molécules, fabriquer des nano-objets capables de réaliser des fonctions particulières Dans nano-INNOV, on ajoute que les nanotechnologies comprennent lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits / systèmes Périmètre des nanotechnologies

5 5 Sommaire Le périmètre des nanotechnologies Spécialités et connaissances transverses Perspective dune société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique Perspective dune croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies Lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

6 6 Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses MATERIAUXBIOTECHNOLOGIES ELECTRONIQUE IMAGINER/PREVOIR Nano-Modélisation VOIR/CONTROLER Nano-Caractérisation IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGES Sécurité des nanos TIC (Technologies de linformation) INGENIERIE (Mécanique, Energie, Transports, Chimie…) BIOLOGIE, SANTE (Biotechnologies) DOMAINES APPLICATIFS SPECIALITES COMPETENCES TRANSVERSALES REALISER /PRODUIRE Nano-Fabrication Nano-Elec Nano-Mat Nano-Bio Nano-Simul Nano-Lab Nano-Fab Nano-Carac Nano-Safe

7 7 Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses MATERIAUXBIOTECHNOLOGIES ELECTRONIQUE IMAGINER/PREVOIR Nano-Modélisation VOIR/CONTROLER Nano-Caractérisation IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGES Sécurité des nanos ENJEUX SOCIETAUX SPECIALITES COMPETENCES TRANSVERSALES REALISER /PRODUIRE Nano-Fabrication Nano-Elec Nano-Mat Nano-Bio Nano-Simul Nano-Lab Nano-Fab Nano-Carac Nano-Safe Société De la connaissance Croissance Verte Diagnostic précoce, Médecine personnalisée

8 8 Sommaire Le périmètre des nanotechnologies Spécialités et connaissances transverses Perspective dune société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique Perspective dune croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies Lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

9 9 1 ère perspective: société de la connaissance Perspective à ans : Internet du monde réel infrastructure numérique et de communication très puissante + connexion des objets entre eux Renforcement de la bataille sur la Nanoélectronique : support matériel du numérique support matériel des communications Diversification des composants électroniques Puce électronique processeur Puce électronique RF

10 10 Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (1/3) La bataille du scaling pour la domination des composants nanoélectroniques est mondiale Nombre de transistors: + 30% par an Coût par transistor: -20 % par an Investissements industriels très lourds 2 sites encore compétitifs en Europe Au niveau International, avantage à Crolles: - Accord IBM - Programme national Nanoélectronique Coopération avec Léti-MINATEC Niveau International IBMST SOITEC

11 11 Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (2/3) La bataille économique se joue de plus en plus au niveau du design Conception hétérogène (CMOS, puissance, RF, imageurs, MEMs et NEMs, (bio/chimique)fonctionnalisation des surfaces…) Co-conception matériel-logiciel ( variabilité des filières sub 32 nm & consommation des SoC >> fabrication de fabriques de calcul multicoeur >> programmation de systèmes parallèles à recnfiguration dynamique) Architectures 3D

12 12 Opportunités de diversification des composants électroniques (2/3) Caen : Eclairage Tours : Micro sources dEnergie Toulouse : Electronique de Puissance Le Rousset : Communications sécurisées Grenoble/Crolles : MINATEC Corbeil Nantes Les nouveaux marchés (énergie, transport, transactions sécurisées,…) demandent une diversification des composants électroniques

13 13 Sommaire Le périmètre des nanotechnologies Spécialités et connaissances transverses Perspective dune société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique Perspective dune croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies Lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

14 14 2 ème perspective: croissance verte Les Nouvelles Technologies pour lEnergie dominantes dans 30 ans (solaire, véhicules électriques,…) doivent dabord passer techniquement & économiquement la rampe Les nanomatériaux changent la donne Photovoltaique batteries pour le véhicule électrique du futur Nanofils, nanodots,hétérojonctions: passer le seuil des 25% avec des matériaux non rares Nanomatériaux & électrodes nanostructurées: gagner, par étapes, un facteur 5 à 10 sur le poids des batteries

15 15 Autonomie du véhicule pour 150 kg de batteries NiCd ( 45 km) Plomb (30 km) Véhicule utilitaire faible autonomie Véhicule électrique années 1990 Véhicule hybrides actuels (microcycles) LiFePO 4 nano poudres Electrode silicium nanostructuré NiMH ( 70 km) Li ion 2010 (150 km) Li ion 2015 (300km) Lapport des nanotechnologies pour la performance des batteries

16 16 Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque Lapport des nanotechnologies pour les cellules photovoltaïques

17 17 Sommaire Le périmètre des nanotechnologies Spécialités et connaissances transverses Perspective dune société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique Perspective dune croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nanobiotechnologies Lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

18 18 3 ème perspective: santé Horizon : diagnostic précoce & suivi thérapeutique personnalisé, Les nanotechnologies permettent de créer des nano-objets à léchelle sub-cellulaire (ADN, virus, protéines,…) Nano-biomarqueurs Imagerie moléculaire Test ultra miniaturisés utilisés près du lit du malade Les cellules tumorales ou pré tumorales sont rendues visibles: aide à la chirurgie

19 19 Lapport des nanotechnologies dans limagerie moléculaire

20 20 Sommaire Le périmètre des nanotechnologies Perspective dune société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique Perspective dune croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies Lintégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de Nano-INNOV

21 21 INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits Nano enabled SYSTEM Maximum de valeur ajoutée Reservoir dinnovation Niveau des nanotechnologies Où se trouve le maximum de valeur ajoutée ? Silicium nano LiFePO 4 nano Etape dintégration des nanos dans les systèmes, Cruciale !

22 22 INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits Nano enabled SYSTEM Maximum de valeur ajoutée Reservoir dinnovation Niveau des nanotechnologies Design matériel-logiciel central

23 23 Constat du rapport Nano-INNOV: la France est en retard en matière dintégration des nanotechnologies Malgré le niveau scientifique dans le domaine nano, et malgré la capacité dintégration exceptionnelle de sociétés comme Airbus, constructeurs automobiles, Thalès,…., la France est en retard en matière dintégration des nanotechnologies dans les nouveaux produits Rapport Nano-INNOV remis en mai 2008 au Président de la république Besoin de Centres dIntégration des nanotechnologies puissants sur 3 territoires innovants, notamment Paris Région auprès de Moveo, Medicen, Astec

24 24 Les 3 centres dintégration de Nano-INNOV

25 25 Programmes associés à la création des centres dintégration Nano-INNOV la recherche technologique : RT Nano-INNOV la sécurité face aux nanoparticules le lien entre nanotechnologies et la société la formation aux Nanotechnologies

26 26 Programmes de formation retenus en 2009 dans le cadre de Nano-INNOV CNFM programme en direction lycées et collèges Principe de Subsidiarité

27 27 Conclusion Laction du CNFM est essentielle car la compétitivité est avant tout une question de compétences humaines Le CNFM peut sappuyer sur les Centres dIntégration nano-INNOV à trois niveaux: - identification des nouveaux besoins de formation - moyens technologiques spécifiques pour réaliser des TP dans de nouveaux champs de la connaissance - identification de formateurs


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