Mise en page 1 - Centre d'analyse stratégique

Description

maîtrise, Supérieur, Maîtrise (bac+4)

• cours - matière potentielle : au sein des instances de normalisation internationales
• cours - matière potentielle : développement issues des technologies convergentes
• revision - matière potentielle : la réglementation reach

Le XXIe siècle sera-t-il celui d'une révolution indus- trielle – voire des modes de vie – induite par les nano- technologies ? Issues des progrès de la connaissance de la matière à l'échelle du milliardième de mètre (10-9 m), et de la possibilité de la manipuler, les nanotechnologies ont un caractère extrêmement hétérogène, mobilisant des disciplines scientifiques très variées au sein de la physique, de la chimie, de la biologie ou encore des sciences de l'ingénieur.

• échec du passage en démonstrateur industriel
• retard relatif dans le transfert des découvertes aux applications industrielles
• politique de développement responsable des nanotechnologies
• applications commer- ciales
• matière de transfert technologique et d'applications
• nanotechnologies
• commission européenne
• commission européen
• développement
• développements
• publique
• publics
• publiques
• public
• recherches
• recherche

Sujets

• Alexandria
• Deslandes
• STMicroelectronics
• Grenoble
• West Germany
• Europe

Informations

• Publié par: shiwyeng0
• Nombre de lectures: 52
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

C d’ e a n n t a r l e yse stratégique

Novembre o 2011 842n LANOTe d’ANALySe Développementdurable Pourundéveloppementresponsable desnanotechnologies LeXXI e sièclesera-t-ilceluid’unerévolutionindus-tudessontàlahauteurdesespoirsfondéssurces trielle–voiredesmodesdevie–induiteparlesnano-nouvellestechnologies.Certainesapplications,s’ap- technologies?Issuesdesprogrèsdelaconnaissancepuyantsurl’utilisationdenanomatériaux,engen- delamatièreàl’échelledumilliardièmedemètredrentdesrisquesdetoxicitépourlasantéetl’envi- (10 -9 m),etdelapossibilitédelamanipuler,lesronnement.Lesnanotechnologiesdegénérations nanotechnologiesontuncaractèreextrêmementplusavancées,àl’interfaceaveclabiologieoules hétérogène,mobilisantdesdisciplinesscientifiquestechnologiesdel’information,soulèventdesques- trèsvariéesauseindelaphysique,delachimie,detionséthiques,quinécessitentd’êtreprisesen labiologieouencoredessciencesdel’ingénieur.compteenamontdeleurdiffusion.Commentassu- Sourcesd’évolutionsdiscrètesetpotentiellementrerundéveloppementharmonieuxetcohérentde derupturestechnologiques,ellesconcernenttouscestechnologiesauservicedelasociété?Parmiles lessecteursd’activitéetpourraientgénérerdesélémentsderéponse,ilapparaîtdeplusenplus marchésconsidérables.Sileurdéveloppementestclairementquelaqualitédel’innovationdépendrade récent(débutdesannées2000),denombreuxpayscelledelagouvernance,etdenotrecapacitéà ontinvestimassivementdanslaR&D,selivrantuneencadrercollectivementledéveloppementdes intenseconcurrenceinternationale.Maislesincerti-nanotechnologies. g

1 Àl’exempled’uncertainnombredepays(Allemagne,États-Unis,etc.),bâtirunplan d’actionstratégiquepourstructureretexpliciterunepolitiquededéveloppement responsabledesnanotechnologiesenFrance. 2 Soutenirledéveloppementd’unobservatoireeuropéen,voiremondial, dudéveloppementdesnanotechnologiesetdeleursdifférentsimpacts. 3 Associerlepublicetl’ensembledespartiesprenantesenamontettoutaulong dudéveloppementdesnanotechnologies. 4 Prépareraujourd’huilacompétitivitédedemainendéveloppantune“filièreintégrée” desnanotechnologies. 5 Prévenirlesrisquessanitairesetenvironnementauxselontroisaxes:stabilisation desmatériauxdèsleurconception,mesureettraçabilitédesnanoparticules,maîtrise del’exposition.

www.strategie.gouv.fr

Centred’analysestratégique

Depuisunedizained’années, lesnanotechnologiesconnaissentun essorconsidérableàl’échellemondiale, quis’accompagned’uneinflationdes discourssurlespromessesetlescraintes qu’ellesgénèrent.Nouvellerévolution industrielleayantlacapacitéd’améliorer notrefuturpourcertains,menacesur laconditionhumainepourd’autres, ilestbiensouventdifficiledefairelapart deschosespourunemajoritédecitoyens globalementpeuaufaitdesenjeux. Technologiestransversalesconcernant touslessecteursd’activité,elles bénéficientdepuisplusieursannées d’investissementsmassifsenR&Dde lapartdenombreuxpays.Maisles questionsqu’ellessoulèventsont nombreusesetessentiellesàleur développement:commentgérerles risquessanitairesetenvironnementaux liésauxnanoparticules?Quelles questionséthiquesrenouvellent-elles? Commentenassurerundéveloppement responsable? Cettenoteapourobjectifdedresser uncourtétatdeslieuxdesenjeuxliés auxnanotechnologies,suividequelques pistespouralimenterlaréflexionsurce quepourraitêtreundéveloppement responsabledecestechnologies émergentes.

LesnanotechnoLogies: Dequoiparle-t-on? unedéfinitionnonstabilisée, ( maispourtantindispensable Cesdernièresannéesontvuleterme“nanotechnologies”, parfoisabrégéen“nanos”,utilisédeplusenplus fréquemment,sansqu’unedéfinitionclaireetuniquene fasseconsensus.Onentendengénéralparnanosciences l’ensembledesrecherchesetdesconnaissancesvisant àcomprendreetutiliserlespropriétésphysiques,chi- miquesetmécaniquesnouvelles,induitesparlepassage deladimensiondesobjetsàl’échelledumilliardièmede mètre (1) .Lesnanotechnologies,quantàelles,regroupent lesinstruments,lestechniquesdefabricationetlesappli- cationsdérivéesexploitantlesphénomènesspécifiques liésàcetteéchellenanométrique.Cependant,depuisle premieremploien1974parunchercheurjaponaisdu terme“nanotechnologies”,soncontenuafortementévo- luéets’estlargement“brouillé”,chaqueacteurayantune visionparticulièredecequesontlesnanotechnologies, quel’onsoitunscientifiqueounon,parmilesscientifiques eux-mêmes,ouquel’onsoitunrégulateur,uneentreprise ouuneassociationdedéfensedel’environnement.Afin d’éviterdesetransformerenunevéritable“tourde Babel”,lechamptrèshétérogènedesnanotechnologies doitpouvoirreposersurunensemblededéfinitions opérationnelles.Lapré-normalisationencoursausein desinstancesdenormalisationinternationales(ISO)et nationales(AFNOR)viseàétablirunlangagecommunaux différentsacteursetauxdifférentspays.Celangagecom- munestunprérequisindispensableaudéveloppementetà larégulationdesnanotechnologies:écritureetadaptation descadresjuridiques(révisiondelaréglementationReach (2) poursonapplicationeffectiveauxnanomatériaux (3) ),ratio- nalisationdelaproductionindustrielle,agrémentdeleurs produitspourlesentreprises,règlementdecontentieux,etc. Sibeaucoupresteàfairepourdéfinir,décrireetnommerle nanomonde,lanomenclatureconcernantnotammentles nanomatériauxadéjàlargementprogressé (4) . ( Desnanosciencesauxnanotechnologies Danslesannées1980,lesprogrèsdelamicroscopie (avecladécouvertedumicroscopeàeffettunnelen 1981)ontpermisd’observerlamatièreàunerésolution inédite,celledel’atome(soit0,1nm).Àcetteéchelle, (1)Ordredegrandeurdeladistanceentredeuxatomesdansunemolécule. ( ( 3 2 ) ) L R e é s gl n e a m n e o n p t a a r t t i i o c n ul e e u s ro éc p h é a e p n p n e e n s t u à rl c ’e e n j r o e u g r i l s a t r r g e e m m e e n n t, t l’ à é l v a a r l é u g a l t e io m n e , n l’ t a a u ti t o or n is R a e t a io c n h, e c t a l r a e r l e le s s tri s c o ti n o t n bi d e e n s s p o ro u d ve ui n t t s p c r h o i d m u i i q te u s es e . nquantitésinférieuresauseuildeproductiond’une tonneparanentraînantuneobligationd’étudedetoxicité. (4) I P S r O e / m T i S er 27 d 6 o 8 c 7 u . m U e n n n t a IS no O - p o u bj b e li t é e l s e t 1 a 5 in a s o i û d t é 2 fi 0 ni 0 c 8 o :“ m N m a e no a t y e a c n h t n u ol n o e gi o e u s p – lu T s e i r e m ur in s o d l i o m gi e e n e s t io d n é s fi d n ’ i é ti c o h n e s ll r e el n a a ti n v o e m s é a t u ri x q n u a e, n u o- n o e bj n e a t n s o : p n a a rt n i o c p ul a e rt a ic 3 ul d e i s, m n e a n n si o o fi n b s re d’ s é e c t h n el a le nofeuillets”, nanométrique,unenanofibre2,unnanofeuillet1. 2

lamatièrepeutprésenterdespropriétésparticulières, éventuellementdifférentesdecellesdesmêmesmaté- riauxauxéchellessupérieures:résistancemécanique, réactivitéchimique,conductivitéélectriqueoupropriétés optiques.Denouveauxagencements–jusqu’alorsincon- nus–desmoléculesdecarboneontainsiétédécouverts àcetteépoque:fullerèneen1985(60atomesdecarbone agencésenformedeballon),nanotubesdecarboneen 1991(feuilletsd’atomesdecarboneformantdestubes creux)ouencoregraphène(cristalmonoplandecarbone) en2004.Cettedernièreformed’agencementducarbone sembleprésenterunpotentield’applicationsconsidérable (notammentenremplacementdusiliciumenélectro- nique).Peuàpeu,lesrecherchesontrendupossibles nonseulementl’observation,maisaussilecontrôleet l’utilisationdecespropriétésparticulièresdelamatièreà l’échellenanométrique.Desmatériauxauxpropriétés intéressantes,parfoisinédites,ouspectaculairement modifiéesontainsiémergé(encadré1). ( unenouvellerévolutionindustrielle? Lesnanotechnologiesnepeuventêtrerattachéesàune disciplinescientifiquedonnée.Cequ’ellescouvrent traverselesfrontièrestraditionnellesentrelaphysique,la chimie,labiologie,lesmathématiques,lestechnologies del’informationetl’ingénierie.Ellespeuventêtreconsi- déréesenquelquesortecommeune“boîteàoutils” permettantdesmodificationsdeprocédésetproduits, allantd’unesimpleévolution(modificationdespropriétés physiquesd’unmatériauparl’incorporationdenanopar- ticules)àdevéritablesrupturestechnologiques(nano- capteurssensorielsinspirésdelabiologie). Leursapplicationspotentiellessontextrêmementdiversi- fiées,depuislananoélectroniquejusqu’àlavectorisation desmédicaments.Cequiunifiecechamphétérogèneest lamobilisationprogressivedescapacitésdemanipula- tiondelamatièreàl’échellenanométriquedansdetrès nombreusesdisciplinesscientifiques.Celaconfèreaux nanotechnologiesunenature“horizontale”,c’est-à-dire irriguantpotentiellementdetrèsnombreuxsecteurs industrielsetéconomiques.Leurscapacitéstransforma- tionnelles (5) amènentcertainsàconsidérerqu’ellesseront àl’origined’unevéritable“révolutionindustrielle”duXXI e siècle. Ilestparticulièrementcomplexedebrosserlepaysage desapplicationsissuesdesnanotechnologies,àlafoisen raisondeleurgrandediversitéetdel’absence–pourle

Novembre2011 LANOTe n o 248 d’ANALySe

moment–declassificationetd’inventairesystématique. Onpeutcependantconstaterquesedégagentdesfamilles reliéespardespréoccupationsetdesobjetssimilaires: lesnanotechnologiesappliquéesauxtechnologiesde l’informationetdelacommunication,lesnanomatériaux etlananobiologie/nanomédecine. encadré1 Unpanorama(nonexhaustif)desnanotechnologies Lesnano-objetssontutiliséssoitentantquetels(par exemplecommecatalyseurspourlesréactionschimiques, oucommevecteurspourtransporterdesmédicaments verslescellulescibles),soitenvued’élaborerdes nanomatériaux (6) . Lesinnovationstechniquesactuellesdansledomaine desnanotechnologiesreposentà70%surl’amélioration despropriétésdesmatériaux.Ellesconcernenttousles secteursindustriels,etvisentdenombreuxobjectifs: allégementetrenforcement(pourlestransports notamment),propriétésdesurfaceparticulières (résistance,hydrophobie,adhérence,etc.).Onvoit apparaître: •desmatériauxnanorenforcés:incorporationde nanotubesdecarbonedansleséquipementsdesport pourmodifierlespropriétéscommelesrapports résistance/poids; •desmatériauxnanostructurésensurface:parexemple desrevêtementsàbasedenitruredetitanepermettant d’augmenterladuréedeviedesoutilsdecoupe,oudes revêtementsantibactériensdenanoparticulesd’argent; •desmatériauxnanostructurésenvolume:membranes céramiquesnanoporeusespourfiltrerl’eaunotamment. Dansledomainedel’énergie,l’utilisationdesurfaces nanostructuréespourraitpermettrel’améliorationdes rendementsdespanneauxsolaires.Desgainsd’autonomie sontégalementpossiblespourlesbatteries,grâceà l’utilisationd’électrodesconçuesàl’échellenanométrique. Dansledomainedelasanté,detrèsnombreuses applicationssontendéveloppement,concernant notammentlediagnosticetletraitement.Les “lab-on-a- chip” (laboratoiressurpuces)permettentdedétecter avecuneseulegouttedesangunnombreconsidérable demolécules,autorisantundiagnosticplusrapideetà moindrecoût.Lavectorisationdemédicaments,qui consisteàintégrercesderniersdansunestructure moléculaire(parexempleunliposome)afind’enaméliorer l’efficacité,ad’oresetdéjàtrouvédesapplicationsdansle traitementdecertainscancersrésistants,etdesrecherches sontencourspouraméliorerencorelaspécificitédeces vecteurs.

(5)Aptitudeàtransformerlesusagesetlescomportements;internetestunexempledetechnologieàcapacitétransformationnelle. (6)Tousmatériauxpossédantuneouplusieursdimensionsinternesouexternesàl’échellenanométrique. 3 www.strategie.gouv.fr

Centred’analysestratégique

Lamicroélectroniqueestentréedanslemondedes nanotechnologiesen2003,lorsquelafinessedesmotifs imprimésdanslescircuitsintégrésestpasséesousla barredes100nm.Laminiaturisationcontinuellepermet aujourd’huideproduiredestransistorsavecdes épaisseursdegravurede22nm.Au-delàdecetteapproche topdown, lananoélectroniquepourraitradicalement renouvelerlessupportsd’information,endéveloppant notammentdessystèmesdecodagefondéssurdes phénomènespurementquantiques(parexemplecodage desinformationsgrâceauspindesélectrons). Cettenouvelleélectroniquemoléculaireestactuellement austadedelarecherchefondamentale. LepaysageinternationaL Desnanotechnologies quelleréalitédumarchédes ( nanotechnologiesaujourd’hui? Àl’heureactuelle,lesnanotechnologiessontdéjàutili- séesdansuncertainnombredeproduitscommerciali- sés.En2011,l’initiativeaméricaine TheProjecton EmergingNanotechnologies (7) aainsiinventoriéplusde 1300produitscommerciauxincorporantdesnano- technologies.Certainesétudes (8) estimentlemarché mondialà147milliardsdedollarsen2007,avecdes prédictions,d’ici2015,del’ordrede3100milliards dedollars.Cependant,l’absenced’inventairedes industriesproduisantouutilisantdesnanotechnologies ainsiquel’absencedenomenclatureinternationale autorisantdescomparaisonspertinentesincitentàune grandeprudencefaceàcesestimations. ( uneintensecompétitioninternationale Depuislelancementen2000dela NationalNanotechno- logyInitiative (NNI–encadré2)auxÉtats-Unis,presque touslespaysontlancéunprogrammenationaldedéve- loppementdesnanotechnologies.Danslemonde,les gouvernementsinvestissentactuellement10milliards d’eurosparandanslaR&Ddudomainecouvertparla désignation“nanotechnologies”.LesÉtats-Unisdomi- nent,suivisparleJaponetl’Allemagne.Denouveaux entrantsparticulièrementdynamiquestelsquelaChine, laCoréeduSudoulaRussieaffichentd’importantstaux deprogressiondunombredespublicationsetbrevets. Pourlapremièrefois,l’investissementchinois(enparité depouvoird’achat)auraitdépasséceluidesÉtats-Unisen 2011 (9) .

laFrancepeutprogresserenmatièrede ( transferttechnologiqueetd’applications commerciales… Leseulvolumedesinvestissementsn’indiquecependant paslespayslesmieuxplacéspourtransférerlesrésultats delarechercheenbénéficeséconomiques.Unclasse- mentdejuillet2011 (10) selonunindicateurd’efficacitéde transfertdonnelesrésultatssuivants:entêtesetrouvent lesÉtats-Unis,leaderincontesté,puislaChine,laRussie, l’Allemagne,leJapon,suivisdel’Unioneuropéenne,la CoréeduSud,Taiwan,leRoyaume-Unietl’Inde.La France,quantàelle,n’estpasprésentedansle bench- mark, ayantsouffertjusqu’icidusyndromeditdela“tour d’ivoire”:unebonneactivitéderecherche,maisunefai- bleefficacitédutransferttechnologiqueverslesapplica- tionsindustriellesetcommerciales. Figure1 Classementdespaysselonlaforcedeleur activitéderechercheennanotechnologieset leurcapacitédetransfertverslesapplications industriellesetcommerciales

Source:LuxresearchInc(2009), NanomaterialsStateoftheMarket Q12009. …envalorisantsesnombreuxprogrammes ( derecherchedédiésauxnanotechnologies Afindecomblerceretardrelatifdansletransfertdes découvertesauxapplicationsindustrielles,laFrance amisenplaceunensemblededispositifsdesoutienà l’innovation:dansledomainedesmicro-etnanotechno- logies,ilexistecinqpôlesdecompétitivitévisantà favoriserlescoopérationsentreentreprises,laboratoires derechercheetétablissementsdeformation.

(7)ProjectonEmergingNanotechnologies, Nanotech-enabledConsumerProductsContinuetoRise, 10mars2011. (8)LuxResearchInc(2009), NanomaterialsStateoftheMarketQ12009. (9)CientificaLtd(2011), GlobalFundingofNanotechnologiesanditsImpact, juillet. (10) Ibid. 4

D’importantsprogrammesdefinancementdédiésaux nanotechnologiesontétémisenplace:Nano-Innov,doté en2009de70millionsd’eurosdanslecadreduplan derelancedel’économie,reposenotammentsurla créationdecentresd’intégrationdesnanotechnologiesà Grenoble,SaclayetToulouse.Dansledomainedela nanoélectronique,leplanNano2012,lancéenavril2009, viseàdévelopperetproduirelesprochainesgénérations decircuitsintégrés.CeprogrammedeR&Dde2,3mil- liardsd’eurossur5ans,dont477millionsfinancéspar l’Étatet180parlescollectivitésterritoriales,associele CEA-Léti,STMicroelectronicsetd’autresacteursdupôle decompétitivitéMinalogic(situéàGrenoble). Danslecadredesinvestissementsd’avenir,legouverne- mentaallouéàl’été2011–encomplémentduplanNano 2012–135millionsd’eurospourlananoélectronique (11) , 80millionsd’eurosàdeséquipementsderechercheen nanotechnologies,ainsique15millionsd’eurospour 6projetsennanobiotechnologies. LaFranceoccupeenoutreun leadership européensurle marchédesnanocomposantspoursystèmesembarqués. Enrevanche,lepotentieldesnanotechnologiesenbiologie etsantéresteàvaloriser. encadré2 dixansdenanotechnologiesauxÉtats-Unis: bilanduprogrammeNNI Portéparungroupeinfluentdechercheursetresponsables politiquesaméricains,quiavaiententrevuprécocementles possibilitésoffertesparlesnanotechnologies,lesÉtats- Unisontmisenplaceen2000unprogrammefédéral globaldefinancementdesnanotechnologies:la National NanotechnologyInitiative .14milliardsdedollarontété investisdansceprogramme,dontlebudgetaétémultiplié par5en10ans.LaNNIestnéedelavolontédecoordonner lesdifférentesagencesfédéralespouréviterdeseheurter àleurfonctionnementrelativementcloisonné,afin d’assurerunestratégieexpliciteetcohérentede développementdesnanotechnologiesauxÉtats-Unis. Danscetteoptique,desfinancementsdeprojetsciblés (nanosolaire,nanoélectroniqueetnanofabrication),dans lesquelsaumoinstroisagencesdoiventcollaborer,ontété misenplaceen2011. Problématiquenégligéeaulancementduprogramme, l’impactenvironnementaletsanitairedesnanomatériaux faitl’objetd’importantesétudesdepuisquelquesannées.

Novembre2011 LANOTe n o 248 d’ANALySe

QuelbilantirerduprogrammeNNIaprèsdixans demiseenœuvre? Indéniablement,leprogrammeestuneréussitedanssa difficilemissiondecoordonneretfairetravailler conjointementlesdifférentesagences.L’autrepointpositif estlaformalisationd’unprogrammed’ensemble,cohérent, avecdesprioritésdéfiniesetunetransparencesurles financementsdeR&D.Leprogrammeestpériodiquement évaluépardeuxinstancesindépendantes,cequiaconduit àsonaméliorationcontinueaucoursdesdixdernières années.LesÉtats-Unissesontassurésavecce programmeunebasesolided’infrastructuresderecherche, surlesquellesilscomptents’appuyerpourpasseràune phaseintensivedetransfertversl’industrieetde commercialisationdansladécennieàvenir. LecontextedanslequelleprogrammeNNIestnéest particulièrementintéressantetinstructif:eneffet,laNNI aétédéveloppéeauxÉtats-UnisparMihailRoco,coauteur durapport ConvergingTechnologiesforImprovingHuman Performance (12) ,connudesspécialistespoursavision trèsparticulièredesfinalitésdelaconvergenceNBIC (13) , àsavoirl’augmentationdesperformanceshumaines. Ceprogrammeadoncétépromuauprèsdesdécideurssur labased’uneapprochetrèssingulière,danslaquellela finalitédesdéveloppementstechnologiquesestfixée avantd’avoirétédébattue. Ainsi,s’ilyadesprocéduresdeparticipationdescitoyens dansleprogrammeNNI,cen’estpasdansl’optiquede discuterdesfinalitésetdesorientationsdelarecherche, maisbienpourtravaillersurlesimpleplande “l’acceptabilité”. Aufinal,l’organisationetlepragmatismeduprogramme sontintéressants,maislaphilosophiequilesous-tendest plusdiscutable(encadré3). Despréoccupations DenaturesDiverses ( lesrisquespourlasantéetl’environnement Dufaitdeleurtaille,lesnanoparticulespeuventfranchir lesbarrièresquiséparentl’extérieurdel’intérieurde l’organisme,etmêmeentrerdansdifférentsorganes, notammentlecerveau.Leurspropriétésspécifiques àl’échellemoléculaire,combinéesàungrandrapport surface/volumequiaugmentefortementlessurfacesde réactionchimiquedisponibles,leurconfèrentdegrandes capacitésàinteragiraveclevivantauniveaucellulaire.

(11)Discoursd’ÉricBesson,“Pourquelananoélectroniquefrançaisesoitàl’avant-gardedesgrandesrupturestechnologiques,noussoutenonsl’innovation”,21juillet2011. (12)MihailR.etBainbridgeW.(2002), ConvergingTechnologiesforImprovingHumanPerformance, NationalScienceFoundation. (13)Pourunedéfinitiondecestermes,voirl’encadré3.

5

www.strategie.gouv.fr