Nanosciences et nanotechnologies : évolution ou révolution ?

Résumé

De la physique et la chimie aux biotechnologies, à la médecine et aux aspects environnementaux et sociétaux, une synthèse consacrée aux nanotechnologies et à leurs recherches dont les retombées pourraient toucher tous les aspects de la vie courante. L'ouvrage propose une cartographie des centres de recherche et de formation ainsi que des entreprises oeuvrant dans le domaine en France.

Éditeur(s)
- Belin
Date
- 2014
Notes
- Glossaire. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (412 p.) : illustrations en noir et en couleur ; 24 x 17 cm
Collections
- Echelles
Sujet(s)
- Nanotechnologie
ISBN
- 978-2-7011-8354-1
Indice
- 62.5 Nanosciences, nanotechnologies
Quatrième de couverture
- Nanosciences et nanotechnologies
  Évolution ou révolution ?
  Ce livre, très illustré, couvre un large spectre des recherches sur les « nanos », allant de la physique et la chimie aux biotechnologies, à la médecine et aux aspects environnementaux et sociétaux. Il présente en parallèle des applications industrielles de grande envergure, existantes ou potentielles, et fait état des premières règlementations en vigueur et de celles souhaitées par l'opinion publique en matière de santé et d'environnement. Il offre, enfin, une cartographie des centres de recherche et de formation, ainsi que des entreprises oeuvrant dans le domaine en France, et propose une description plus générale des efforts consacrés aux nanotechnologies de par le monde. Des textes courts alternant avec des textes de synthèse rendent la lecture agréable et permettent de faire le lien facile entre les avancées de recherche et les applications qui peuvent en découler.
  Cinquième d'une série qui fait désormais autorité dans le domaine des « nanos », le présent ouvrage se démarque des précédents par la vision interdisciplinaire qu'il offre, et par son ouverture à un public plus large. Il vient à point nommé à un moment où de plus en plus d'universités françaises affichent l'ouverture de masters « nano ».
  Grâce au regard porté sur les vingt dernières années, le lecteur pourra aussi se faire son opinion sur l'aventure des nanosciences et des nanotechnologies : est-ce une simple évolution ou une véritable révolution scientifique ?
Tables des matières
- - Nanosciences et nanotechnologies
  - Évolution ou révolution ?
  - Jean-Michel Lourtioz
  - Marcel Lahmani
  - Claire Dupas-Haeberlin
  - Patrice Hesto
  - Belin
  - Les nanosciences3
  - Les auteurs4
  - Remerciements14
  - Préface15
  - Avant-propos18
  - Introduction : L'échelle nano20
  - Louis Laurent
  - 1 « Il y a plein de place tout en bas »20
  - 2 Un peu d'histoire21
  - 3 Le nanomonde23
  - 3.1 La matière à l'échelle de quelques atomes23
  - 3.2 Électricité25
  - 4 Comment fabriquer des objets si petits ?26
  - 4.1 Auto-organisation27
  - 4.2 Nanofabrication28
  - 4.3 Imiter la nature28
  - 5 Pour quoi faire ?29
  - 5.1 Nanomatériaux29
  - 5.2 Nanoélectronique30
  - 5.3 Biologie, nanomédecine et santé30
  - 6 Les débats31
  - 7 Perspectives34
  - Première partie Nanophysique, nanoéléctronique et nanophotonique37
  - Chapitre 1 Panorama du domaine38
  - Jean-Michel Lourtioz
  - 1 Y a-t-il une feuille de route pour la nanophysique ? L'exemple de la nanoélectronique38
  - 2 Des nanotechnologies de plus en plus performantes, mais aussi de plus en plus flexibles42
  - 2.1 Deux approches complémentaires42
  - 2.2 Généralités sur les procédés de fabrication43
  - 2.3 Lithographie à haute résolution44
  - 2.4 Gravure45
  - 2.5 Dépôts et traitements de surface à l'échelle atomique46
  - 2.6 La nano-impression : des nanomètres bon marché au mètre carré48
  - 2.7 « Nanolegos » et nouvelles méthodes d'assemblage à trois dimensions49
  - 3 Les nano-objets prennent de la longueur : des agrégats et boîtes quantiques aux nanotubes, nanofils et nanorubans51
  - 3.1 Fabrication des nano-objets52
  - 3.2 Propriétés physiques des nano-objets57
  - 3.3 Coupe de Lycurgue60
  - 4 Voir et manipuler les nanostructures : les microscopes se diversifient61
  - 4.1 Microscope électronique à transmission à très haute résolution62
  - 4.2 Microscope à effet tunnel : imagerie et manipulation63
  - 4.3 Microscope à force atomique65
  - 4.4 Microscopie optique en champ proche : observation et manipulation66
  - 4.5 En guise de commentaires69
  - 5 La nanoélectronique de demain, le défi de la consommation « zéro »70
  - 5.1 Transistor MOS et technologies actuelles70
  - 5.2 Électronique de spin et nanomagnétisme74
  - 5.3 Composants à effets quantiques79
  - 5.4 Composants à petit nombre d'électrons80
  - 5.5 Électronique moléculaire81
  - 5.6 Memristors et architectures neuro-inspirées82
  - 5.7 Conclusion83
  - 6 La nanophotonique, soeur jumelle de la nanoélectronique ?84
  - 6.1 Micro-nanosources optiques, lasers et sources à photons contrôlés85
  - 6.2 Cristaux photoniques et métamatériaux88
  - 6.3 La plasmonique, une piste pour le photovoltaïque ou la biodétection89
  - 6.4 Télécommunications et interconnexions optiques : traits d'union entre la photonique et l'électronique90
  - 6.5 La photonique aux longueurs d'onde extrêmes : l'ultraviolet et les ondes térahertz93
  - 7 La nanophysique, une physique résolument interdisciplinaire94
  - 7.1 Des nanofils dans des microsystèmes électromécaniques95
  - 7.2 Les nanobiotechnologies, convergence entre les sciences physiques et les sciences du vivant96
  - 8 La nanophysique demain ?100
  - Bibliographie102
  - Chapitre 2 Exemples d'application107
  - A. Du nanomètre au mégawatt : les applications photovoltaïques107
  - Bruno Ghyselen
  - B. La révolution tranquille des capteurs magnétiques114
  - Claude Fermon
  - 1 Vannes de spin et capteurs magnétiques114
  - 2 Une première application : le capteur angulaire115
  - 3 Une application essentielle pour l'automobile116
  - 4 Détecter des champs magnétiques très faibles117
  - 5 Mesurer des courants118
  - 6 Biomagnétisme et IRM à très bas champ118
  - 7 Perspectives120
  - Deuxième partie Nanomatériaux et nanochimie121
  - Chapitre 3 Panorama du domaine122
  - Christine Vautrin-Ul
  - 1 Introduction : la nanochimie122
  - 2 Le carbone dans tous ses états nano124
  - 2.1 Nanomatériaux carbonés : les structures OD ou état nanoparticulaire125
  - 2.2 Les nanomatériaux carbonés : les structures 1D - Nanotubes de carbone132
  - 2.3 Les nanomatériaux carbonés : les structures 2D - Le graphène135
  - 2.4 Les nanomatériaux carbonés : les structures 3D140
  - 3 La nanochimie au service des nanomatériaux : de la chimie moléculaire à la chimie supramoléculaire145
  - 3.1 La chimie « click » : exemple de la voie moléculaire146
  - 3.2 Auto-assemblage et chimie supramoléculaire149
  - 4 Fonctionnalisation des matériaux156
  - 4.1 De multiples approches de la fonctionnalisation par voies chimiques gazeuse ou en solution157
  - 4.2 Un exemple de fonctionnalisation par voie chimique : les couches auto-assemblées158
  - 4.3 Fonctionnalisation par voie électrochimique : électrogreffage par réduction de sels de diazonium159
  - 5 Différentes voies de synthèse chimique des nanomatériaux162
  - 5.1 Synthèse de nanoparticules métalliques : solutions colloïdales de métaux de transition162
  - 5.2 Les matériaux nanostructurés à empreinte moléculaire170
  - 5.3 Les nanomatériaux hybrides multifonctionnels élaborés par « chimie douce »171
  - 6 Conclusion179
  - Bibliographie180
  - Chapitre 4 Exemples d'application184
  - A. Les nanolubrifiants184
  - Fabrice Dassenoy
  - 1 Pourquoi les nanos ?185
  - 2 Propriétés tribologiques des nanoparticules186
  - 3 Mécanisme de lubrification des nanoparticules d'IF-MeS₂187
  - 4 Conclusion189
  - Bibliographie190
  - B. Le nanocristallite cimentaire191
  - Abdi Feylessoufi
  - 1 Un matériau étonnant191
  - 2 Déjà les Romains192
  - 3 Un réveil tardif suivi d'une évolution rapide192
  - 4 Les bétons à ultra-haute performance194
  - 5 Vers une taille nanométrique194
  - 6 Des nanocristallites plus rigides195
  - 7 Des progrès en thermodynamique des nanocristallites195
  - 8 Une meilleure résistance aux agressions196
  - 9 Le début du XXI^e siècle : un avenir tracé196
  - 10 Les défis scientifiques200
  - 11 Les défis industriels201
  - 12 Encore beaucoup de freins202
  - Bibliographie204
  - C. Applications du NanoTiO₂206
  - François Tardif
  - 1 Applications des particules de TiO₂ de taille comprise entre 250 et 350 nm : des peintures à l'alimentation206
  - 2 Les nanoparticules de TiO₂ (< 100 nm) : des couches anti-UV à l'élimination de polluants207
  - 2.1 Couches anti-UV208
  - 2.2 Application à la photocatalyse209
  - 2.3 Application au photovoltaïque209
  - 3 Toxicité du nanoTiO₂210
  - Troisième partie Nanobiosciences, nanomédecine et nanotoxicologie213
  - Chapitre 5 Nanobiosciences : des outils et des concepts nouveaux pour explorer et manipuler le vivant214
  - Maxime Dahan
  - 1 Nano-objets : des sondes fonctionnelles pour explorer le vivant à l'échelle nanométrique215
  - 2 Suivre le mouvement de biomolécules individuelles au sein de la cellule216
  - 3 Manipuler le vivant à l'échelle moléculaire et cellulaire219
  - 4 Des nano-objets pour le diagnostic et la thérapie : vers la nanomédecine221
  - 5 Conclusion et perspectives222
  - Bibliographie223
  - Chapitre 6 Nanomédecine et nanotechnologies pour la médecine224
  - Patrick Boisseau
  - 1 Nanomédecine ou nanotechnologies pour la médecine ?226
  - 2 L'échelle de taille idéale en médecine227
  - 3 L'échelle nano : le nouvel eldorado en médecine ?228
  - 4 Le diagnostic médical230
  - 4.1 Les laboratoires d'analyse231
  - 4.2 L'imagerie médicale revisitée232
  - 4.3 Des implants et des capteurs de plus en plus petits235
  - 4.4 La médecine personnalisée237
  - 5 La thérapie237
  - 5.1 Nanovecteurs ou nanogouttes de médicaments238
  - 5.2 Pompes à médicaments240
  - 5.3 Destruction physique des tumeurs241
  - 6 La combinaison du diagnostic et de la thérapie : la théranostique242
  - 7 La médecine régénérative243
  - 7.1 Les cellules souches en thérapie cellulaire245
  - 7.2 Les biomatériaux246
  - 8 Les nanotechnologies sont-elles indispensables à la médecine ?247
  - 9 Nanomédecine et questionnement éthique248
  - 10 Quelle réglementation pour les nanomédicaments ?249
  - 11 Une industrie en pleine émergence249
  - 12 Où en est la France ?251
  - 13 La nanomédecine : évolution ou révolution ?252
  - Bibliographie253
  - Chapitre 7 Nanomédicaments : la squalénisation, une voie pour de nouveaux médicaments à activité anticancéreuse ou anti-infectieuse accrue254
  - Patrick Couvreur
  - 1 Origine du concept de squalénisation256
  - 2 Couplage du squalène à des molécules médicamenteuses257
  - 3 Caractéristiques et morphologies des principaux dérivés squalénés257
  - 4 Applications au traitement du cancer259
  - 4.1 Nanoparticules de gemcitabine couplées au squalène259
  - 4.2 Nanoparticules de siRNA couplées au squalène (SQsiRNA)262
  - 5 Application au traitement des maladies infectieuses264
  - 5.1 Analogues nucléosidiques à activité anti(rétro)virale264
  - 5.2 Antibiothérapie intracellulaire265
  - 6 Guidage magnétique, imagerie et « théranostique »266
  - 7 De la « squalénisation » à la « terpénisation »267
  - 8 Conclusion269
  - Bibliographie269
  - Chapitre 8 Que sait-on des impacts des nanomatériaux sur la santé ?272
  - Francelyne Marano et Rina Guadagnini
  - 1 Peut-on comparer les particules ultrafines atmosphériques et leur risque pour la santé avec les nanoparticules ?274
  - 2 Voies d'exposition aux nanoparticules et effets sanitaires potentiels276
  - 2.1 Exposition par la voie respiratoire277
  - 2.2 Exposition par la voie cutanée280
  - 2.3 Exposition par la voie orale281
  - 3 Effets des nanoparticules sur le système cardiovasculaire283
  - 4 Effets sur le système nerveux283
  - 5 Conclusion283
  - Bibliographie284
  - Chapitre 9 Les risques environnementaux associés aux nanotechnologies : concept nouveau ou ancien ?286
  - Jean-Yves Bottero
  - 1 Des nanoparticules naturelles aux nanoparticules manufacturées287
  - 2 Importance du contact avec l'eau290
  - 2.1 La solubilisation des nanoparticules suit-elle les mêmes lois que celles des particules micrométriques ?290
  - 2.2 Le passage d'une propriété hydrophobe à une propriété hydrophile291
  - 2.3 Un possible effet « cheval de Troie »292
  - 2.4 Propriétés d'agrégation associées à une réactivité à l'interface avec l'eau ou avec des solvants293
  - 3 Transport des nanoparticules dans les milieux poreux296
  - 4 Principaux mécanismes de toxicité des nanoparticules : expériences sur des organismes vivants299
  - 5 Évaluation des risques de nanomatériaux : vers des modèles prédictifs ?302
  - 5.1 Difficultés inhérentes à l'évaluation des risques302
  - 5.2 Une approche expérimentale des risques intégrant les dommages « collatéraux »304
  - 5.3 Vers des modèles prédictifs des risques appropriés aux nanomatériaux305
  - 6 Remarques conclusives307
  - Bibliographie308
  - Quatrième partie Nanotechnologies et société311
  - Chapitre 10 Recherche, formation et développement industriel et nanosciences et nanotechnologies312
  - A. La recherche en nano312
  - Patrice Hesto et Jean-Michel Lourtioz
  - 1 La recherche amont en France313
  - 2 La RetD en France315
  - 2.1 L'animation de la communauté315
  - 2.2 Programmes français et abondements316
  - 3 Programmes sur le plan international317
  - 4 Conclusion320
  - B. Les formations en nano322
  - Sylvie Retailleau, Claire Dupas-Haeberlin, Jean-Michel Lourtioz et Arnaud Bournel
  - 1 L'opportunité d'une formation interdisciplinaire322
  - 2 Le LMD et la place de l'enseignement des nanos en France et à l'international324
  - 3 Les débouchés des formations en nano330
  - 4 Les nanosciences à l'école330
  - 5 Des élèves au grand public332
  - 6 Perspectives333
  - Bibliographie333
  - C. Aspects industriels des nanotechnologies334
  - Patrice Hesto, Jean-Michel Lourtioz, Claire Dupas-Haeberlin, Marcel Lahmani et Thomas Dubouchet
  - 1 Le paysage industriel des nanotechnologies en France335
  - 1.1 Des applications multisectorielles335
  - 1.2 Quelques secteurs industriels clés337
  - 1.3 Les acteurs industriels en France340
  - 1.4 Un point particulier sur les start-up341
  - 1.5 Les risques possibles liés aux nanomatériaux ne peuvent être négligés342
  - 2 Situation industrielle des nanotechnologies dans le monde343
  - 2.1 Un marché en forte croissance343
  - 2.2 Des États fortement impliqués344
  - 2.3 Les dispositifs et actions en France pour le développement des nanotechnologies346
  - 3 En guise de conclusion349
  - Chapitre 11 Une approche sociétale en nanosciences en nanotechnologies351
  - Françoise Roure
  - 1 Démocratiser l'accès au nanomonde, informer, réglementer : un impératif éthique, légal et sociétal353
  - 1.1 Informer353
  - 1.2 Réglementer358
  - 2 La portée des ruptures sociétales induites par les nanotechnologies361
  - 2.1 La manipulation du génome361
  - 2.2 Vers le « new green deal » ?364
  - 2.3 Penser l'innovation responsable en amont de l'offre366
  - 2.4 Gains potentiels et risques induits des nanotechnologies via la biogénétique366
  - 3 La nature systémique des risques induits par les nanotechnologies370
  - 3.1 Les effets371
  - 3.2 Les conséquences de la nature systémique des risques sur l'évaluation des changements induits par les nanotechnologies373
  - 4 Les problèmes juridiques soulevés par les applications des nanotechnologies375
  - 5 La question éthique377
  - 5.1 Nécessité d'un cadre normatif international applicable aux nanotechnologies378
  - 5.2 La question du label, ou comment aider le consommateur à choisir en situation d'incertitude et de complexité378
  - 6 Le rôle essentiel d'une meilleure connaissance des technologies et des bases de données380
  - 7 Le fait religieux, le transhumanisme à la française et la question des finalités384
  - 7.1 Les systèmes hybrides immersifs, le facteur C de la convergence NBIC et la question de la liberté de penser386
  - 7.2 Les questions de société issues des usages potentiels des technologies à l'échelle nanométrique388
  - 8 Les prémices fragiles d'une gouvernance mondiale dans le domaine des nanotechnologies389
  - 8.1 Un chemin long et encore improbable vers l'action diplomatique389
  - 8.2 Des intérêts différents qui peuvent se retrouver sur des prérequis harmonisés390
  - 8.3 Qu'ont apporté les relations intergouvernementales à ce stade ?390
  - 8.4 Une impulsion européenne en voie de s'affiner et de s'affirmer392
  - Glossaire396
  - Index408
Origine de la notice:
- Electre