Nanotechnologie ou le procès du progrés Master Management de la Technologie et de l’Innovation Nanotechnologie ou le procès du progrés L. Laurent Le 6 mars 2009

Les échelles de longueur Ongle 1nm/s Globules ~ 2-5 mm Fourmi 1000 mm Cheveu 50 mm Chat ~ 0.5 m Atomes 0.1 nm proteines 20 nm nanomètre micromètre millimètre mètre

Les micro – nanotechnologies: accélération et unification Convergence « rétroactive » autour du nm micromètre Intel IBM MA. Reed (Yale) APIBIO Sandia NL 2002 Cate et al. 1999 Informatique- Mems Fluides- Communications Physique - chimie - biologie

Qu’est ce qui change ? Poids relatifs des effets physiques Mécanique quantique La taille IBM

Techniques de fabrication: la microlithographie Optique Électrons Ions Résine Exposition Révélation Gravure Résine Substrat Masque Cornell

Nanotechnologies - pour quoi faire ? Procédés existant indépendamment de la démarche «nano» Catalyse, traitement de surface, matériaux, cosmétique 2) Industries avec une « roadmap » Microélectronique qui devient la nanoélectronique, Disques magnétiques, mais aussi mécanique, fluidique Innovations issues des laboratoires Nanotubes, boites quantiques, électronique moléculaire,…  Diffusion dans divers secteurs (électronique, éclairage, matériaux, énergie…)  Création de nouvelles industries ou à terme des mutations profondes Moore est un nom propre, (personne ayant prédit la miniaturisation des circuits à, travers la loi de Moore» « More Moore » veut dire « continuer la miniaturisation » More than Moore veut dire améliorer les performance en faisant autre chose sur les circuits sans nécessairement miniaturiser en ajoutant de nouvelles fonction. On pourrait dire « ajouetr de nouvelles fonction ». En Français ont dit en fait « More Moore » et More than Moore ! Et on explique (ce que je vais faire)

Objets « intelligents » Une évolution forte et non achevée Terminaux « nomades» Objets « intelligents » Ordinateur personnel Ordinateur central Serveur Google Grosse infrastructure Internet 1960 1980 2000 2020

Matériaux actifs ? Moteurs omniprésents Moteur individuel Moteur central 1900 1950 2000 2050

Inventaire du centre Woodrow Wilson Recherche de produits pour lesquels des nanotechnologies, sont explicitement mentionnées Sous estimé http://www.nanotechproject.org/ http://www.azonano.com/Applications.asp

Les matériaux

Nanomatériaux anciens Acier Damassé (J.D. Verhoeven) Bleu Maya (Cacaxtla,Mexique) Porcelaine de Sevres (Ph. Colomban) Coupe Lycurgus (Nature)

Nanomatériaux : effet en surface ou en volume Gecko artificiel A. Geim BMC - Nissan Polymère - nanotube Pneu vert Caoutchouc-silice General motors Polymère - argile Effet Lotus

et les technologies de l’information Le calcul et les technologies de l’information Pascaline (1640)

J. Bardeen, W. Brattain, W. Shocley Les composants de base Relais vers 1830 par Joseph Henry Triode 1907 par Lee de Forest CNN Texas Instrument Transistor 1947 J. Bardeen, W. Brattain, W. Shocley Circuit Intégré 1959 par Jack Kilby

Loi de Moore Évolutions en cours 2008: Tuckwila 2 milliards transistors 0,065 mm 1971: 4004 2300 transistors 10 mm More Moore Poursuite de la miniaturisation (45 - 32 - 22 - 16 nanomètres ) Systèmes multicoeurs ( gain en performance = parallélisme des traitements) More than Moore: diversification des possibilités Composant hyperfréquence, optiques, capteurs, MEMS Intégration hétérogène

Les nanotechnologies R Z Accompagner l’ évolution (matériaux, concepts, sources d’énergie) Diversification des fonctions en restant compatible avec la microélectronique Il ne s’agit pas nécessairement de supplanter le silicium (très difficile) Enrichissement des circuits pour en faire plus Pour faire « autre chose » Recherche fondamentale: pas de roadmap Poursuivre l’intégration, basse énergie Nouvelles architectures Autres concepts Calcul quantique Calcul « biologique », combinatoire Y P Z A B R

La gestion de la mémoire Sur 50 cm2 Gestion de la mémoire Pérennité Des données De l’information Nouveaux usages 2020: 1013bytes ? 100 kilomètre de livres 1 an de vidéo 20 ans de son MP3 2005: 1011 bytes 1 kilomètre de livres 80 h de vidéo 2,5 mois de son MP3 1992: 108 bytes 1 mètre de livres 5 mn de vidéo 2 h de son (MP3) Internet = 1021 bytes 1990 2000 2010 2020

Autres méthodes de calcul ? Poursuivre la démarche: relais – tube – transistor L’exemple du vivant Le cerveau (100 milliards de neurones - 10000 connections/pièce – 30 W Architecture en volume, forte connectivité (milliers de milliards de composants/litre) ? OP secondes/1000€ Post CMOS Electro mécanique

Le vivant

Nanomédecine - Santé Instrumentation et analyses Reconnaissance moléculaire Instrumentation in vivo Caméra ingérable Given imaging Agilent Technologies Vectorisation de médicaments Encapsulation, furtivité Reconnaissance moléculaire Nanobiotix U. Michigan

La rencontre technologies de l’information et du vivant Implant rétinien optobionics (2000) Cheri Robertson Forscher des Biotechnologie-Unternehmens stellten einen jungen Mann vor, in dessen Kopf ein Chip steckt, der über feinste Elektroden die Signale von 100 Neuronen empfängt. Über Kabel werden sie zu einem Computer geleitet, der gelernt hat, die Daten zu interpretieren. Der 25-Jährige ist querschnittgelähmt und kann den Rechner nicht selbst bedienen. Das übernimmt jetzt das „Braingate“ genannte Implantat. Es erkennt bestimmte Gedanken und nutzt sie als Steuersignale. Auf diese Weise kann der Gelähmte nicht nur E-Mails abrufen, sondern sich durch Fernsehsendungen zappen und auch einfache Computerspiele bewältigen. Peter Fromherz IMEC

Environnement

Développement durable Energie Conversion d’énergie Solaire Batteries Piles à combustible Hydrogène Economies Matériaux STIC Greatcell Développement durable Matériaux et procédés Matériaux recyclables ou dégradables Procédés de dépollution Purification, filtration Va Q Tec Agriculture – environnement Monitoring Lutte raisonnée contre les nuisances Traçabilité Ciment TX ARIA de CALCIA (TiO2) Syngenta

DE LA SCIENCE A LA FICTION

La fabrication exponentielle Le vivant le fait et est le seul à pouvoir le faire à l’échelle microscopique → Exemple insuline (Roger Genet DIEP): 1 ribosome fabrique 1 une molécule/5s 2000 ribosomes par cellule Doublement de la population en 20 mn 1013/litre fabriquent qq décigrammes/litre Y a-t-il d’autres systèmes possibles (E. Drexler 1986 ?) Discussions de principe Y a t-il d’ autres façons de faire que ce que fait le vivant (exobiologie) ? Peut-on concevoir et réaliser des systèmes aussi complexes

La fabrication exponentielle Un gramme d’eau = 10 23 atomes à assembler Unité de production de nanorobots - 1 opération par seconde - 100 milliards d’individus 317 siècles de travail pour assembler un gramme → ou … unités de productions qui se fabriquent elles mêmes

Autres ensembles de techniques d’assemblage ? Complexité et nanomonde Systèmes artificiels Systemes naturels Autoassemblage Morceaux Approches théoriques Techniques de la microélectr. Mais aussi Chimie Autoassemblage Extrapolés de machines macroscopiques Systèmes optimisés pour le monde nano. OGM Cellules minimales Cellules artificielles Virus synthétiques Hybrididation Origine de la vie Exobiologie Autres ensembles de techniques d’assemblage ? Peut on appréhender voire créer un le vivant ? Quel cadre pour appréhender ces systèmes ?

Débats

Questionnement « nano » et plus général Greenpeace Katherine Albrecht J.-P. Dupuy Bill Joy Caroline Lucas 2000 2002 2005

2006 : Quatre rapports Français CNE COMET CNRS AFSSET CPP

La question de la « nanotoxicité »

“Nanotoxicité” Noir de carbone 6 000 000 T Silice 300 000 T TIO2 – ZnO: Milliers de tonnes Oxyde de cérium : Centaines de tonnes Nanotubes : Centaines de tonnes  Milliers de tonnes Base de données nanowerk.com = 1 444 nanoparticules de 101 fournisseurs Le développement des nanomatériaux sera gouverné par : la plus value apportée l’évolution des connaissance sur leur éventuelle toxicité l’évolution des pratiques de recyclage

L’information

Aspects sociétaux Effets négatifs sur l’individu Effets négatifs sur la santé et l’environnement Devenir/recyclage des matériaux Effet des ondes électromagnétiques ZDNET.fr ADEME Effets négatifs sur l’individu Perte de la vie privée (au niveau national et au delà) à des fins commerciales Pour des raisons de sécurité (patriot act) Aspects éthiques Complexité des systèmes Vulnérabilité des infrastructures Situations de dépendance vis-à-vis du fournisseur Perte de souveraineté Security solutions.com RFID WEBLOG Effets sur la société Création artistique Commerce Réseaux sociaux Jeu

Le cas des RFID Exemples d’usage Mouvements forts (surtout aux USA) Les Radio Frequency Identification Devices Système émettant à un code barre électromagnétique Exemples d’usage Suivi de stock de l’usine au consommateur identification – sécurisation (Pass, badge, ..) Objets communicants Mouvements forts (surtout aux USA) Vie du tag après l’achat ? , …. Implantation de puces Projet de charte/ débat Avertir le consommateur Utilisation de données ?

Questions plus globales Tendances Difficulté de pour la maîtrise de données personnelles Nombreux systèmes « communicants » Généralisation des informations géographiques Nouvelles questions Compromis entre confort, service et sphère privée Compromis entre sécurité et sphère privée Exemple: les fichiers d’empreintes génétiques …. Pas si nouvelles Téléphone cellulaire, cartes de crédit Valeurs variables avec l’époque Importance de: qui a le bénéfice de l’innovation confiance dans le promoteur, impression de contrôler, de décider (le téléphone et le relais) Un nouveau type de données ?

Convergence NBIC

Les applications militaires Jürgen Altmann, Military nanotechnology: Potential applications and preventive arm control » Retombées de recherches civiles (Matériaux, information Systèmes intelligents, gains en poids, stockage de l’énergie Capteurs (smart dust), logistique Systèmes autonomes: véhicules, munitions intelligentes (balles micro missiles) Blindages et accessoires légers (mais pas de miracle), camouflages actifs, Nanomédecine: Analyses médicales en temps réel, détection d’agression, soins, Interface cerveau – machine (rapidité, sens supplémentaires) Modification du comportement Recherches plus spécifiques Microrobotique (de centimétrique à submillimétrique) Hybrides bio-mécanique (« ratbots », insectes,…) Systèmes autorépliquants (spéculatif) Fabrications rapide d’armements Arme de destructions massives (humain ou matériel) US Army Soldier Systems Ctr Tokyo University

La Convergence NBIC Nano – Bio – Info – Cogno millions protéines/cellule) 3 milliards de bases (génome humain) ) Biologie Technologies de L’information Nanosciences Milliards de transistors Neurologie Sciences de la cognition Milliards de neurones 10000 connections/neurone

Nouvelles questions (2) Nouvelles technologies pour compléter l’humain ? Pallier des déficits (maladie, accidentel) Vision, audition, organe déficient Améliorer la vie (vaccins, lunettes, ..) Suprématie (pesonnelle, économique, militaire) : explicite Dopage Protection, amélioration des capacités → Avons-nous le choix ? L’homme augmenté et le transhumanisme 2. La santé: indicateur biologique de prédispositions - Démocratisation des tests

Que sont vraiment les nanotechnologies ?

Nanosciences et nanotechnologies: Une construction efficace Ca n’est pas une discipline Unification de domaines variés autour d’une échelle de longueur (physique, chimie, biologie, semi conducteurs,….). “Description simple”, nouvelle image de la science (→ moyens financiers) Une « tradition »: discours de Feynman, jalons au 20 éme siècle Effet de mode mais utile : Favorise innovation Favorise la transdisciplinarité et les convergences science technologie Impacte les organisations (plates formes technologiques, réseaux,..) Autres exemples: Les systèmes complexes Fin du 19 ème siècle : zymotechnologie (agro alimentaire)

Nevertheless not a virtual domain. Organization around large clusters Projects CEA/PRIME et ANR Nanobench (Delemarle, Kahane, Laredo, Mangematin, Rieu, Villard) Database of 500000 geolocalized publications + keyword analysis +50 % between 1998 and 2006 Average growth rate of « nano » publications + 11% /year since 1998 +471 % between 1998 and 2006 +105 % between 1998 and 2006 +77 % between 1998 and 2006 L. Villard et/ B. Kahane, LATTS version 2/4/08 http://www.nanotrendchart.com/

Le rôle très fort de l’imaginaire

Le HYPE EU - Mai 2004: Parmi les applications des nanotechnologies, on peut citer des "nanorobots" de taille atomique pouvant être injectés dans le corps pour soigner des maladies EU - Mai 2004: (Only in French version !) Nanotech applications include atomic size nanorobots which can be injected inside the body to treat John Burch Foresight institute

Des représentations variées dans la vie de tous les jours Sport et santé: 502 produits Maison et jardin: 91 produits Nourriture: 80 produits Electronique : 56 produits http://www.nanotechproject.org/ Développement durable Nano medecine Competitivité Innovation Nano robots, NBIC Vie artificielle

Finalement rien de “nano” à l’intérieur Nano = image ambiguë Zelens® Fullerene cream Lifepack nano ® by PHARMANEX ® MAX NANO (Protech Sport) Traitement carrelage SdB (Kleinmann) 97 personnes atteintes de troubles respiratoires (6 œdèmes pulmonaires) Largement médiatisé Finalement rien de “nano” à l’intérieur www.mlr.baden- wuerttemberg.de/

Regroupement de domaines scientifiques mais aussi regroupement des questionnements associés Toxicité, risque Petit , invisible, Ethique Manipulation de l’homme , Puces implantées Controle des individus “Nano” = marque efficace Tout produit “nano” est associé à des questionnements variés ETC Group Vie privée, libertés RFID, puces invisibles Aspects positifs: moyen d’établir un dialogue science société Mais aussi une tendance avérée: faire des nanos un objet de débat spécifique règlementation spécifique, des débats spécifiques..

2006 – 2007: Deux conférences citoyens Ile de France et aussi EPE/APPA 2006 – 2007: Deux conférences citoyens 16 personnes choisies au hasard - 10 sessions de formation Audition de témoins, délibération  Recommandations Cité des sciences 2007: Débats - Cahier d’acteurs Questions aux industriels, aux acteurs de la recherche Exposition Photo Dominique Champion Vivagora 2006: Nanomonde and Nanoviv France Cycles de 6 debats – Ouvert Puhblic + experts identifiés dans la salle  Recommendations

De l’imprédictibilité de l’effet d’une découverte Une tendance forte: croire en un lien fort entre découverte et application Bells Lab http://www.sxc.hu /photo/438908 http://www.sxc.hu/ photo/762156 e commerce Contenus auto produits Mondes virtuels multiutilisateurs Propriété artistique Presse et média Internet Informatique Transistor Physique du solide Couplage/combinaisons de découvertes Couplage avec des besoins Couplage avec des logiques économiques 1900 2005 www.agence-nationale-recherche.fr