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RÉSUMÉ
Les picotechnologies sont un ensemble de savoir-faire et de techniques qui permettent de construire des machines avec le nombre d'atomes nécessaires à leur fonctionnement, c'est-à-dire avec une précision picométrique. À ce jour, ces outils sont encore au stade de l’émergence dans certains laboratoires de recherche et uniquement chez quelques constructeurs d'instruments scientifiques. Au-delà des techniques de fabrication atome par atome, molécule par molécule, ainsi que les moyens de caractérisation, la picotechnologie regroupe également la nano-communication et le nano-packaging, qui permettent d’exploiter les ressources physiques présentes dans un seul agrégat d'atomes, ou molécule ou macromolécule. Les molécules-machines individuelles élaborées se montrent actives dans un grand nombre de milieux différents, surface, espace ou à intérieur d'une cellule vivante.
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INTRODUCTION
Quel est le nombre minimal d'atomes nécessaires à la construction d'un calculateur, d'une machine mécanique, d'une mémoire, d'un instrument de mesure ou d'un transmetteur ? Les picotechnologies (pico = 10–12), ou technologies pour l'échelle atomique, désignent un ensemble de savoir-faire et de techniques en émergence dans certains laboratoires de recherche et chez quelques constructeurs d'instruments scientifiques qui vont permettre de construire des machines avec juste le nombre d'atomes nécessaires à leur fonctionnement, c'est-à-dire avec une précision picométrique.
La picotechnologie regroupe les outils de fabrication atome par atome, molécule par molécule, les moyens de caractérisation ultime, puis la nano-communication et le nano-packaging, nécessaires pour exploiter les ressources physiques présentes dans un seul agrégat d'atomes, dans une seule molécule ou macromolécule afin de réaliser des molécules-machines individuelles actives dans un grand nombre de milieux différents : sur une surface, dans l'espace ou à l'intérieur d'une cellule vivante.
En paraphrasant une expression bien connue, il reste beaucoup de place en dessous du nanomètre. Les picotechnologies se proposent d'explorer cet espace.
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1. Contexte
Les auteurs sont chercheurs dans le groupe Nanosciences – Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES-CNRS) à Toulouse.
Rappelons que l'usage courant du terme « nanotechnologies » permet de désigner l'ensemble des techniques usinant la matière avec seulement une précision nanométrique (nano = 10 –9). Les picotechnologies se situent, elles, au confluent de plusieurs ruptures.
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Première rupture avec les nanotechnologies, la précision de fabrication des pièces de la machine est picométrique. Les dimensions hors-tout de la machine sont donc nanométriques.
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Deuxième rupture, les techniques de contrôle, les outils de fabrication et de nano-communication doivent être adaptés à la précision picométrique de la construction de la machine. On abandonne ici l'idée inverse, à savoir conserver les outils de fabrication des siècles précédents et augmenter la quantité de matière entrant dans la composition de la machine pour être compatible avec ces outils. Aussi, pour fabriquer cette machine, on ne part plus du matériau massif comme depuis la préhistoire, mais on utilise de nouveaux outils, inventés à la fin du XXe siècle, comme les microscopes à champ proche. Ces instruments permettent de manipuler la matière, atome par atome, molécule par molécule, liaison chimique par liaison chimique.
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Troisième rupture, en retournant la « miniaturisation » en une « monumentalisation » , on optimise la quantité de matière utilisée par machine et on ouvre la voie au recyclage atome par atome et, donc, durable de ces machines. De même, la construction de machines de quelques nanomètres hors-tout ouvre la voie à une médecine à la molécule près, débarrassée des aléas statistiques de la médecine actuelle.
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Cette question de nombre a aussi un intérêt académique certain, au voisinage de deux préoccupations...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOACHIM (C.), PLEVERT (L.) - Nanosciences. La révolution invisible - Éd. Seuil, Paris (2008).
-
(2) - AIGOUY (L.), DE WILDE (Y.), FRETIGNY (C.) - Les nouvelles microscopies – À la découverte du nanomonde - Éd. Belin, Paris (2006).
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(3) - GIESSIBL (F.) - Advances in atomic force microscopy - Review of Modern Physics, 75, 949-983 (2003).
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(4) - DIDIOT (C.), PONS (S.), KIERREN (B.), FAGOT-REVURAT (Y.), MALTERRE (D.) - Nanopatterning the electronic properties of gold surfaces with self-organized superlattices of metallic nanostructures - Nature Nanotechnology, 2, 617-621 (2007).
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(5) - VARCHON (F.), MALLET (P.), MAGAUD (L.), VEUILLEN (J.-Y.) - Rotational disorder in few-layer graphene films on 6H-SiC(000-1) : A scanning tunneling microscopy study - Physical Review B 77, 165415 (2008).
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(6) - STOLYAROVA (E.), RIM (K.T.), RYU (S.), MAULTZSCH...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Microscopie à sonde locale
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Microscopie à force atomique (AFM)
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Nanostructures moléculaires. Systèmes moléculaires isolés et autoassemblés
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Approche scientifique des surfaces – Caractérisation et propriétés
-
(Nano)structuration douce de surfaces
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
Zyvex (USA et Japon)
Omicron (Allemagne)
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