morning day 1 part 1

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Jean-Claude Boudenot Thales Research Technology
Enjeux
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• La maîtrise de la matière à l'échelle du
  millimètre a produit, à la fin du 18ème siècle,
  une première révolution technologique et
  industrielle
• Au milieu du 20ème siècle, la maîtrise de la
  matière à l'échelle du micromètre a été à
  l'origine d'une deuxième révolution
  technologique, qui s'est concrétisée par le
  développement de la microélectronique
• Il est probable que les nanosciences et les
  nanotechnologies, qui permettront à l'homme de
  contrôler la matière au niveau du milliardième de
  mètre, constitueront, au cours du 21ème siècle,
  la troisième révolution technologique et
  industrielle
• François dAubert, Minatec, 16 décembre 2004

3
(No Transcript)
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Quand les technologies convergeront

• Quand les technologies du XXIe siècle
  convergeront, lhumanité, grâce à elles, pourra
  enfin atteindre un état marqué par la paix
  mondiale, la prospérité universelle et la marche
  vers un degré supérieur de compassion et
  daccomplissement

Rapport NBIC (Nanotechnologies, Biotechnologies,
technologies de lInformation et des sciences
Cognitives), juin 2002
5
Ethique

• Les promoteurs des nanosciences et des
  nanotechnologies sont nombreux, puissants et
  influents  les scientifiques et ingénieurs
  enthousiasmés par la perspective de percées
  fabuleuses  les industriels attirés par lespoir
  de marchés gigantesques  les gouvernements des
  nations et des régions du globe terrorisés à
  lidée de perdre une course industrielle,
  économique et militaire très rapide où vont se
  jouer les emplois, la croissance, les capacités
  de défense de demain

Le mieux que lon puisse espérer est
daccompagner, et si possible danticiper, la
marche en avant des nanotechnologies par des
études dimpact et un suivi permanent,
interdisciplinaire
Jean-Pierre Dupuy, Professeur de philosophie
sociale à Polytechnique
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Enjeux

• Depuis plus de quarante ans le chiffre daffaire
  mondial du marché de la microélectronique est en
  constante progression pour atteindre aujourdhui
  150 milliards deuros
• Il représentera, dans dix ans, plus de 40 du
  marché global de lélectronique (qui sera alors
  le marché dominant dans le monde)
• Une usine de fabrication de composants coûtera
  près de 50 milliards dEuros

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Enjeux

• LEurope, les Etats Unis et le Japon
  investissent environ 700 millions dEuros par an
  dans les nanotechnologies
• LEurope, les Etats Unis et le Japon
  sorganisent en pôles de compétences, ou
   clusters  pour former des équipes
  pluridisciplinaires sur des thèmes dexcellence
  régionale
• Déjà, en France, a été lancé en 2003 un Réseau
  National en Nanosciences et Nano technologies
  (R3N) formé par six grands pôles réunissant
  chacun à la fois la recherche, le développement,
  lindustrialisation et lenseignement (Lille,
  Grenoble, Toulouse, Besançon, Ile de France et
  Marseille)

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Enjeux

• L'enjeu est de taille les nanosciences et
  nanotechnologies, priorité nationale de grands
  pays comme les USA ou le Japon, sans oublier la
  Chine, vont sans conteste devenir l'une des
  premières sources de découvertes scientifiques et
  d'enrichissement économique
•  
• C'est un marché de plusieurs centaines de
  milliards d'euros qui s'ouvrira à nos entreprises
  d'ici 2010, si nous savons anticiper cette
  révolution technologique, préparer les
  découvertes en amont et transformer l'essai en
  aval, en faisant travailler l'ensemble
  des acteurs du domaine en parfaite synergie
• François dAubert, Minatec, 16 décembre 2004

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Enjeux USA (public)

• National Nanotechnology Initiative
• 600 million 2002
• 700 million 2003

Department of Agriculture    (USDA) Department
of Treasury    (DOTreas) Department of
Commerce (DOC) Department of State    (DOS)
National Institute of Standards and Technology
(NIST) Environmental Protection Agency (EPA)
Department of Defense (DOD) Food and Drug
Administration (FDA)
Department of Energy (DOE) National
Aeronautics and Space Administration (NASA)
Department of Justice (DOJ) National Institutes
of Health (NIH) Intelligence Community (IC)
Nuclear Regulatory Commission (NRC) Department
of Transportation (DOT) National Science
Foundation (NSF)
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Enjeux Evolution des financements publics

• Estimated government sponsored RD in
  millions/year
• Fiscal Year 1997 2000 2001 2002 2003
• __________________________________________________
  _______________________
• W. Europe 126 200 270 400
• Japan 120 245 465 650
• USA 116 270 465 604 710
• Others 70 110 380 520
• __________________________________________________
  _______________________
• TOTAL 432 825 1,492 2,174
• 100 190 350 503
• Others Australia, Canada, China, E. Europe,
  FSU, Israel, Korea, Singapore, Taiwan

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Enjeux Evolution des financements publics

• Rq A léchelle planétaire, les financements
  privés sont du même ordre de grandeur que ceux
  publics, mais la répartition public/privé
  différente selon les continents

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Enjeux

• Le marché annuel de la production en
  nanotechnologie est estimé, dici à 2010-2015 à
  plus de 1000 G et demandera environ 2 millions
  de spécialistes dans ce domaine
• M.C. Roco Chair, WH/NSTC/Nanoscale Science,
  Engineering and Technology Subcommittee (NSEC),
  and Senior Advisor, NSF

Rq estimation du marché 2002 120 Milliards
13
Enjeux
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Brevets
15
Brevets

• Course aux brevets
• En 2005, 8 000 brevets issus du bureau américain
  avaient la mention  nano 
• Répartition des brevets
• Bureau américain Etats-Unis 57, Japon 22,
  Europe 9
• Bureau européen Etats-Unis 36, Europe 36,
  Japon 22
• Récemment, il y a plus de brevets protégeant les
  applications et les moyens de fabrications que
  les technologies linfrastructure industrielle
  est en pleine constitution

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Nanotechnology
Convergence entre technologie, physique, chimie
et biologie Exploite les propriétés spécifiques
du monde à léchelle atomique
Si lon me demandait quel domaine des sciences et
techniques produira vraisemblablement les plus
grandes ruptures je répondrais les sciences et
les techniques à léchelle nanométrique Neal
Lane, Ancien Conseiller du Président américain
pour les sciences et les technologies
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Brochure de la CEE
18
Brochure du ministère de la recherche
19
Electronique du futur
Nature
20
Science
21
VERS LE PLUS GRAND
VERS LE TRES PETIT
M
I
C
R
O
E
L
E
C
T
R
O
N
I
Q
U
Brochure du ministère de la recherche (adaptée)
Nanomonde
E
22
Vers le nanomètre

• 1 mètre
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

23
Vers le nanomètre

• 10 centimètres
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

24
Vers le nanomètre

• 1 centimètre
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

25
Vers le nanomètre

• 100 microns
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

26
Vers le nanomètre

• 10 microns
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

27
Vers le nanomètre

• 1 micron
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

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Vers le nanomètre

• 100 nanomètres
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

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Vers le nanomètre

• 10 nanomètres
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

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Vers le nanomètre

• 1 nanomètre
• source CERN http//microcosm.web.cern.ch/microco
  sm

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Comprendre les effets

• Les lois déchelle des processus physiques ne
  sont pas uniformes
• gravité
• friction
• combustion
• électrostatique
• van der Walls
• brownien
• quantique

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Comprendre les effets

• Gravité

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Comprendre les effets

• Friction

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Comprendre les effets

• Combustion

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Comprendre les effets

• Electrostatique

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Comprendre les effets

• van der Waals

37
Comprendre les effets

• brownien

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Moteurs Browniens
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Comprendre les effets

• Quantique
• Je pense que nous pouvons affirmer que personne
  ne comprend réellement la mécanique quantique
• Richard Feynman

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Comprendre les effets

• Centimètre Gravité, friction, combustion
• Millimètre Gravité, friction, combustion,
  électrostatique
• Micromètre Electrostatique, van der Walls,
  Brownien
• Nanomètre Electrostatique, van der Walls,
  Brownien, Quantique
• Angstrom Mécanique quantique

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Les Origines des Nanotechnologies
42
Premières références
43
Au commencement 4000 BC
On a des preuves formelles de lexistence de la
bière dans la province de Sumer 4000 ans avant JC
44
Vue de près
45
Leucippe et Démocrite
Leucippe (500 420 B.C)
Démocrite (460 370 B.C)
46
Les atomes des grecs

• Invisibles à cause de leur extrême petitesse
• Insécables ou indivisibles comme leur nom
  l'indique
• Pleins (pas de vide à l'intérieur)
• Eternels (car parfaits)
• Entourés d'un espace vide (pour expliquer le
  mouvement et les changements de densité)
• Ils ont une infinité de formes (pour expliquer la
  diversité observée dans la nature)

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Coupe de Lycurgus, Empire romain IVe Siècle,
British Museum
Lumière transmise rouge lumière réfléchie
verte (présence dans le verre de particule de 40
nm)
48
Autres exemples vases étrusques poteries
arabes du IXe siècle verres colorés de Murano
(XVIe siècle)
Verre de Murano
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John Dalton (1803)

• La matière est faite datomes
• Les atomes ne peuvent être ni créés ni détruits
• Tous les atomes dun même élément sont identiques
• Les différents éléments correspondent à
  différents atomes
• Les réactions chimiques correspondent à des
  réarrangements entre atomes
• Les éléments composés (molécules) sont constitués
  datomes de différents éléments

50
Ernest Rutherford - 1911
Découverte du noyau atomique
51
Niels Bohr - 1913
Structure de latome
52
Max Knoll et Ernst Ruska -1931Microscopie
électronique
Bactérie 1937
Minerai fer 1937
Aile de mouche 1935
53
Richard P. Feynman
Theres Plenty of Room at the Bottom
54
A Nanotechnology Can Exist

• Theres Plenty of Room at the Bottom - December
  29th 1959
• Manipulating and controlling things on a small
  scale
• Write the Encyclopedia Brittanica on the head of
  a pin
• How do we write small?
• Information on a small scale
• Better electron microscopes
• The marvelous biological system
• Miniaturizing the computer
• Miniaturization by evaporation
• Problems of lubrication
• A hundred tiny hands
• Rearranging the atoms
• Atoms in a small world

55
 Pourquoi ne pourrait-on pas écrire les 24
volumes de lencyclopédie Britannica sur une
tête dépingle ?  R. Feynmann, 29 décembre 1959
56
K. Eric Drexler - 1981

• La capacité de concevoir de nouvelles protéines
  ouvrira le chemin de la fabrication de nouveaux
  composants

57
Engines of Creation - 1985

• PART ONE - THE FOUNDATIONS OF FORESIGHT
• 1 - Engines of Construction
• 2 - The Principles of Change
• 3 - Predicting and Projecting
• PART TWO - PROFILES OF THE POSSIBLE
• 4 - Engines of Abundance
• 5 - Thinking Machines
• 6 - The World Beyond Earth
• 7 - Engines of Healing
• 8 - Long Life in an Open World
• 9 - A Door to the Future
• 10 - The Limits to Growth
• PART THREE - DANGERS AND HOPES
• 11 - Engines of Destruction
• 12 - Strategies and Survival
• 13 - Finding the Facts
• 14 - The Network of Knowledge

58
Fullerenes 1985 (1996)
Robert F. Curl Jr.
Richard E. Smalley
Sir Harold W. Kroto
59
IBM (1985)
60
Questions ?