Nanomonde

Louis Laurent

Description

En 1959, le physicien Richard Feynman envisage la possibilité qu’on puisse utiliser des objets, dont la taille se mesure en milliardièmes de mètres. Quelques décennies plus tard, c’est chose faite, avec l’essor des nanotechnologies puis de la biologie de synthèse.

Louis Laurent aborde le sujet par un voyage imaginaire vers l’infiniment petit, qui illustre à quel point le nanomonde peut être déroutant. À la suite de ce récit, le lecteur féru de sciences, trouvera un exposé sur la manière dont les lois de la physique se manifestent à cette échelle.

Puis on entre dans le concret, avec la microélectronique, les nanosystèmes naturels, les efforts des chimistes pour fabriquer le moteur ultime, les matériaux intelligents, la micro-robotique et les derniers développements de la biologie de synthèse. L’auteur nous convie alors à une réflexion prospective sur la frontière de la complexité, qui sépare l’artificiel du naturel.

L’approche adoptée dans ce livre est originale. Tout d’abord, cet ouvrage ne se réclame d’aucune discipline scientifique, physique, chimie et biologie étant traitées ensemble. D’autre part, les développements scientifiques sont très vivants, enrichis de mises en perspective historiques, d’anecdotes, mais aussi de références à la science-fiction. Le dernier chapitre, plutôt inhabituel dans ce type d’ouvrage constitue une mini anthologie de science-fiction.

Sujets

• Sciences de la nature
• Biologie
• Sciences expérimentales
• Physique
• Chimie
• Chimie
• Life Sciences
• Sciences et techniques
• Biology
• Science

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 04 novembre 2016
• Nombre de lectures: 0
• EAN13: 9782759820474
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

Nanomonde – Les frontières du possible
COLLECTION BULLES DE SCIENCES
LOUIS LAURENT
COLLECTION BULLES DE SCIENCES COLLECTION BULLES DE SCIENCES
LOUIS LAURENTLOUIS LAURENT
Nanomonde
Les frontières du possible Nanomonde
Seconde édition Les frontières du possible
En 1959, le physicien Richard Feynman envisage la possibilité qu’on puisse
utiliser des objets, dont la taille se mesure en milliardièmes de mètres. Quelques
décennies plus tard, c’est chose faite, avec l’essor des nanotechnologies puis
de la biologie de synthèse.
Louis Laurent aborde le sujet par un voyage imaginaire vers l’infi niment petit,
qui illustre à quel point le nanomonde peut être déroutant. À la suite de ce
récit, le lecteur féru de sciences, trouvera un exposé sur la manière dont les lois
de la physique se manifestent à cette échelle.
Puis on entre dans le concret, avec la microélectronique, les nanosystèmes
naturels, les efforts des chimistes pour fabriquer le moteur ultime, les
matériaux intelligents, la micro-robotique et les derniers développements de la
biologie de synthèse. L’auteur nous convie alors à une réfl exion prospective sur la
frontière de la complexité, qui sépare l’artifi ciel du naturel.
L’approche adoptée dans ce livre est originale. Tout d’abord, cet ouvrage ne
se réclame d’aucune discipline scientifi que, physique, chimie et biologie étant
traitées ensemble. D’autre part, les développements scientifi ques sont très
vivants, enrichis de mises en perspective historiques, d’anecdotes, mais aussi
de références à la science-fi ction. Le dernier chapitre, plutôt inhabituel dans ce
type d’ouvrage constitue une mini anthologie de science-fi ction.
Physicien de formation, LOUIS LAURENT a occupé tout au long de sa carrière,
différents postes dans le secteur de la recherche, au CEA, à l’Agence nationale
de la recherche, à l’université Paris-Saclay, et à l’Anses.
ISBN : 978-2-7598-1905-8
19 € TTC - France
www.edpsciences.org
9782759 819058Nanomonde
Les frontières du possibleNanomonde
Les frontières du possible
LOUIS LAURENT
17, avenue du Hoggar – P.A. de Courtabœuf
BP 112, 91944 Les Ulis Cedex AMise en pages : Patrick Leleux
Illustration de couverture : Vue artistique d’un nanorobot
au milieu de cellules sanguines, © chagpg, fotolia.
re1 édition publiée sous le titre
« Comment fonctionnent les nanomachines ? » en 2009.
Imprimé en France
ISBN : 978-2-7598-1905-8
Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés
pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de
l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage
privé du copiste et non destinés à une utilisation collective », et d’autre part, que les
analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute
représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants
erdroit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1 de l’article 40). Cette représentation ou
reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon
sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal.
© EDP Sciences, 2016REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier Isabelle Antoine pour ses précieux
commentaires sur le manuscrit et Christine Savelsbergh pour son
illustration du chapitre 6. Ce livre a également bénéfi cié des nombreuses
discussions que l’auteur a pu avoir entre 2012 et 2014 avec ses
collègues de l’Observatoire de la biologie de synthèse hébergé par
le CNAM.
5SOMMAIRE
Introduction : Les frontières du possible ...................................... 9
Les deux mondes ....................................................................... 9
De la science à la fi ction ? .......................................................... 10
Quelles sont les limites du possible ? ........................................... 12
Chapitre 1 : Lois d’échelle et forces .............................................. 15
La machine à rétrécir ................................................................. 15
Première étape : le palier « 18 millimètres » ................................. 19
Deuxièmer « 18 micromètres » ............................... 28
Troisièmer « 18 nanomètres » ................................ 33
Quatrième étape : le palier « 18 picomètres » 40
Fin du voyage ........................................................................... 43
Chapitre 2 : Les lois du nanomonde .............................................. 45
Un monde très collant ................................................................ 45
Un monde très agité .................................................................. 63
Deux phénomènes omniprésents .................................................. 75
Nanomachines thermiques ........................................................... 83
Chapitre 3 : Les nanomachines créées par l’Homme ....................... 87
Du discours de Feynman à la microélectronique .............................. 87
Méthodes de fabrication de la microélectr............................ 93
Vers des nanosystèmes mécaniques .............................................. 99
L’assemblage par les méthodes de la chimie ................................... 109
7NANOMONDE : LES FRONTIÈRES DU POSSIBLE
Chapitre 4 : Les nanomachines naturelles ..................................... 119
Comment est construit le vivant ? ................................................ 119
Construire une cellule ................................................................. 130
Quelques exemples de « nanomachines » du vivant ......................... 137
La biologie de synthèse .............................................................. 152
Chapitre 5 : Quelle convergence ? ................................................. 161
Machines artifi cielles et le vivant 161
La vision de Drexler ................................................................... 168
Micromachines et microfabrication ............................................... 177
S’inspirer du vivant .................................................................... 183
Questionnements ....................................................................... 188
Chapitre 6 : Nanomachines et imaginaires .................................... 193
Nanomachines et fi ction ............................................................. 193
Trois visions du futur ................................................................. 196
Quels sont leurs effets ? 207
Les nanomachines de l’imaginaire ................................................ 210
Conclusion .................................................................................. 211
8 NANOMONDEINTRODUCTION
LES FRONTIÈRES DU POSSIBLE
LES DEUX MONDES
Dans son célèbre discours prononcé au Caltech (Institut
californien de technologie) à l’occasion de la réunion annuelle de la
Société américaine de physique en 1959, le prix Nobel Richard
Feynman exprimait que rien ne s’opposait à ce que l’Homme pût
construire des objets d’une taille proche de celle des atomes. Cette
capacité s’est aujourd’hui concrétisée à travers le formidable essor
de l’industrie des circuits intégrés. C’est ainsi que l’Homme a
développé la boîte à outils de la microélectronique pour réaliser des
systèmes complexes, comme les microprocesseurs. À l’intérieur de
ceux-ci, les opérations élémentaires se font sur des circuits
électriques dont la taille se mesure en nanomètres (« nano » voulant dire
–9un milliardième, ou 10 ) alors que, rappelons-le, quand Feynman
prononça son discours, le transistor venait tout juste d’être inventé
et était un objet dont la taille était plutôt de l’ordre du centimètre.
On utilise désormais les techniques de la microélectronique pour
réaliser autre chose que des circuits électriques, comme des systèmes
avec des capteurs ou des actionneurs. Un actionneur est un élément
qui « agit », par exemple un levier qui se déplace, un miroir qui
9NANOMONDE : LES FRONTIÈRES DU POSSIBLE
tourne… Certains sont déjà en service, comme ceux qui mesurent
les accélérations et servent à déclencher les airbags dans les
automobiles. Ils ont des tailles qui se mesurent en micromètres
(millionièmes de mètres). Et ils pourraient bien continuer à rétrécir pour
se mesurer, eux aussi, en centaines d’atomes. On parlerait alors de
nanomachines, c’est-à-dire de machines dont la taille des pièces se
mesurerait en nanomètres.
Dans son discours, Feynman donne l’exemple du « merveilleux
système biologique ». En effet, la vie s’appuie sur de nombreux
ensembles de taille nanométrique, qui remplissent des fonctions
variées comme la synthèse chimique ou, au contraire, la destruction
de molécules, la fonction de capteur ou d’actionneur, le stockage
et le traitement de l’information. Ces ensembles, qui sont
constitués de centaines de milliers d’atomes, sont beaucoup plus
sophistiqués que les machines humaines. Durant des siècles, on a fait
appel à eux pour synthétiser des substances chimiques, d’abord
à partir de microorganismes existant dans la nature, puis à
partir de microorganismes modifi és. En parallèle, depuis plus d’un
siècle, divers acteurs ont souligné que rien ne s’opposait à ce que
l’Homme puisse créer des objets s’inspirant du vivant, en rejoignant
d’une certaine manière les idées de Feynman. C’est dans ce sens que
diverses recherches s’inspirent ouvertement de la nature et visent à
reproduire certaines de ses inventions, par exemple en réalisant des
nanomoteurs. Mais là où les progrès ont été les plus spectaculaires
dans la compréhension et dans la capacité à fabriquer, c’est dans
le domaine de la génétique. C’est ainsi, qu’il y a quelques années,
une équipe a fabriqué de toutes pièces le premier génome artifi ciel
d’une bactérie.
DE LA SCIENCE À LA FICTION ?
On ne peut pas rejeter d’un haussement d’épaules
l’éventualité, qu’un jour, l’Homme conçoive des machines qui pourraient
10 NANOMONDE