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

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

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

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

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

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

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

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

1ère perspective: société de la connaissance Perspective à 20-30 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

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 IBM ST 2 sites encore compétitifs en Europe Au niveau International, avantage à Crolles: - Accord IBM - Programme national Nanoélectronique 2012 - Coopération avec Léti-MINATEC Niveau International SOITEC

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

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

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

2ème perspective: croissance verte Les Nouvelles Technologies pour l’Energie dominantes dans 30 ans (solaire, véhicules électriques,…) doivent d’abord ‘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

Véhicule hybrides actuels L’apport des nanotechnologies pour la performance des batteries Autonomie du véhicule pour 150 kg de batteries Electrode silicium nanostructuré Li ion 2015 (300km) Li ion 2010 (150 km) LiFePO4 nano poudres Véhicule électrique années 1990 Véhicule utilitaire faible autonomie NiMH ( 70 km) Véhicule hybrides actuels (microcycles) NiCd ( 45 km) Plomb (30 km)

Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque L’apport des nanotechnologies pour les cellules photovoltaïques Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque

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3ème perspective: santé Horizon 2020-2030: diagnostic précoce & suivi thérapeutique personnalisé, Les nanotechnologies permettent de créer des nano-objets à l’échelle 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

L’apport des nanotechnologies dans l’imagerie moléculaire

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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits Où se trouve le maximum de valeur ajoutée ? ‘Nano enabled’ SYSTEM Maximum de valeur ajoutée Global function Etape d’intégration des nanos dans les systèmes, Cruciale ! Elementary function Silicium nano Reservoir d’innovation Niveau des nanotechnologies LiFePO4 nano Elementary properties

INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits Services ‘Nano enabled’ SYSTEM Maximum de valeur ajoutée Global function Design matériel-logiciel central Elementary function Reservoir d’innovation Niveau des nanotechnologies Elementary properties

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

Integration Centre Nano-INNOV Paris Plat-form Platform Les 3 centres d’intégration de Nano-INNOV Integration Centre Nano-INNOV Paris Plat-form Platform NanoSURFACE Paris NanoMED Paris Platform NanoELEC Paris Platform Atomic & molecular NanoDesign Toulouse Platform Nano-DESIGN National Centre NanoXTREM Paris Platform P1 NanoCARAC Paris Integration Centre Nano-INNOV Toulouse Integration Centre Nano-INNOV Grenoble Platform Nano CHEMISTRY Atomic & molecular System on chips Nanomaterials for energy Platform System on chips Plat-form NanoBIOTECH Plat-form NanoDESIGN Toulouse NanoDESIGN Grenoble Nano safety

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

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

Conclusion L’action du CNFM est essentielle car la compétitivité est avant tout une question de compétences humaines Le CNFM peut s’appuyer sur les Centres d’Intégration 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