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Nanotechnologie, la manipulation et la fabrication de matériaux et de dispositifs à l’échelle des atomes ou de petits groupes d’atomes. L' »échelle nanométrique » se mesure généralement en nanomètres, ou milliardièmes de mètre (nanos, le mot grec pour « nain », étant la source du préfixe), et les matériaux construits à cette échelle présentent souvent des propriétés physiques et chimiques distinctives dues à des effets de mécanique quantique. Bien qu’il faille encore attendre des dizaines d’années avant de pouvoir utiliser des dispositifs aussi petits (voir système microélectromécanique), les techniques permettant de travailler à l’échelle nanométrique sont devenues essentielles pour l’ingénierie électronique et les matériaux issus de la nano-ingénierie ont commencé à faire leur apparition dans les produits de consommation. Par exemple, des milliards de « nanomèches » microscopiques, d’une dizaine de nanomètres chacune, ont été accrochées de manière moléculaire à des fibres naturelles et synthétiques pour conférer une résistance aux taches aux vêtements et autres tissus ; des nanocristaux d’oxyde de zinc ont été utilisés pour créer des écrans solaires invisibles qui bloquent les rayons ultraviolets ; et des nanocristaux d’argent ont été intégrés dans des pansements pour tuer les bactéries et prévenir les infections.
Illustration : Encyclopædia Britannica, Inc. ; photographies :(dispositifs microélectromécaniques) avec l’aimable autorisation de Sandia National Laboratories, SUMMiT™ Technologies ; (corral quantique) avec l’aimable autorisation d’IBM Research Center, utilisation non autorisée ; (globules rouges) Susumu Nishinaga/Science Source ; (cheveux humains) Manfred Kage/Peter Arnold, Inc.; (acarien de la poussière) Andrew Syred/Science Source
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Les possibilités d’avenir sont nombreuses. Les nanotechnologies pourraient permettre de fabriquer des matériaux plus légers, plus résistants et programmables, dont la production nécessite moins d’énergie que celle des matériaux conventionnels, qui produisent moins de déchets qu’avec la fabrication conventionnelle et qui promettent un meilleur rendement énergétique dans les transports terrestres, les navires, les avions et les véhicules spatiaux. Les nanorevêtements pour les surfaces opaques et translucides peuvent les rendre résistantes à la corrosion, aux rayures et aux radiations. Des dispositifs et systèmes électroniques, magnétiques et mécaniques à l’échelle nanométrique, avec des niveaux de traitement de l’information sans précédent, peuvent être fabriqués, tout comme des capteurs chimiques, photochimiques et biologiques pour la protection, les soins de santé, la fabrication et l’environnement ; de nouveaux matériaux photoélectriques qui permettront la fabrication de panneaux d’énergie solaire rentables ; et des dispositifs hybrides moléculaires-semiconducteurs qui peuvent devenir les moteurs de la prochaine révolution de l’ère de l’information. Le potentiel d’amélioration de la santé, de la sécurité, de la qualité de vie et de la conservation de l’environnement est vaste.
Dans le même temps, des défis importants doivent être relevés pour que les avantages des nanotechnologies se concrétisent. Les scientifiques doivent apprendre à manipuler et à caractériser les atomes individuels et les petits groupes d’atomes de manière fiable. Des outils nouveaux et améliorés sont nécessaires pour contrôler les propriétés et la structure des matériaux à l’échelle nanométrique ; des améliorations significatives des simulations informatiques des structures atomiques et moléculaires sont essentielles à la compréhension de ce domaine. Ensuite, de nouveaux outils et de nouvelles approches sont nécessaires pour assembler des atomes et des molécules dans des systèmes à l’échelle nanométrique et pour poursuivre l’assemblage de petits systèmes dans des objets plus complexes. En outre, les produits nanotechnologiques doivent offrir non seulement des performances améliorées, mais aussi un coût réduit. Enfin, sans l’intégration d’objets à l’échelle nanométrique avec des systèmes à l’échelle micro et macroscopique (c’est-à-dire du millionième de mètre jusqu’à l’échelle millimétrique), il sera très difficile d’exploiter bon nombre des propriétés uniques que l’on trouve à l’échelle nanométrique.
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