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Nanotechnologies
Initiative Nano-INNOV
Jean-Frédéric CLERC
CEA /Direction de la Recherche Technologique
26 novembre 2009
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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Périmètre des nanotechnologies
Nanotechnologies = échelle de 1 nanomètres à 100 nanomètres
1 nanomètre
Propriétés originales de certains arrangements particuliers d’atomes(de quelques atomes à quelques milliers d’atomes)
Nanotube de carboneFullerène
Atome de carbone
1 Angstrom
Atome hélium
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Nanosciences = comprendre les propriétés inédites que présentent certains assemblages particuliers d’atomes et de molécules
Nanotechnologies= maîtriser l’assemblage des atomes et des molécules, fabriquer des nano-objets capables de réaliser des fonctions particulières
Dans nano-INNOV, on ajoute que les nanotechnologies comprennent
l’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits / systèmes
Périmètre des nanotechnologies
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses
MATERIAUX BIOTECHNOLOGIESELECTRONIQUE
IMAGINER/PREVOIRNano-Modélisation
VOIR/CONTROLERNano-Caractérisation
IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGESSécurité des nanos
TIC(Technologies de
l’information)
INGENIERIE(Mécanique, Energie, Transports, Chimie…)
BIOLOGIE, SANTE(Biotechnologies)DOMAINES
APPLICATIFS
SPECIALITES
CO
MP
ET
EN
CE
S T
RA
NS
VE
RS
AL
ES
REALISER /PRODUIRENano-Fabrication
Nano-Elec Nano-Mat Nano-Bio
Nano-Simul
Nano-LabNano-Fab
Nano-Carac
Nano-Safe
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Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses
MATERIAUX BIOTECHNOLOGIESELECTRONIQUE
IMAGINER/PREVOIRNano-Modélisation
VOIR/CONTROLERNano-Caractérisation
IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGESSécurité des nanos
ENJEUX SOCIETAUX
SPECIALITES
CO
MP
ET
EN
CE
S T
RA
NS
VE
RS
AL
ES
REALISER /PRODUIRENano-Fabrication
Nano-Elec Nano-Mat Nano-Bio
Nano-Simul
Nano-LabNano-Fab
Nano-Carac
Nano-Safe
SociétéDe la connaissance
Croissance VerteDiagnostic précoce,
Médecine personnalisée
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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1ère perspective: société de la connaissance
Perspective à 20-30 ans :
Internet du monde réel
infrastructure numérique et de communication très puissante+
connexion des objets entre eux
Renforcement de la bataille sur la Nanoélectronique :
support matériel du numérique
support matériel des communications
Diversification des composants électroniques
Puce électroniqueprocesseur
Puce électronique
RF
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Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (1/3)
La bataille du ‘scaling’ pour la domination des composants nanoélectroniques est mondiale
Nombre de transistors: + 30% par anCoût par transistor: -20 % par an
Investissements industriels très lourds
2 sites encore compétitifs en Europe
Au niveau International, avantage à Crolles:- Accord IBM- Programme national Nanoélectronique 2012- Coopération avec Léti-MINATEC
Niveau International
IBM ST
SOITEC
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Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (2/3)
La bataille économique se joue de plus en plus au niveau du design
• Conception hétérogène (CMOS, puissance, RF, imageurs, MEMs et NEMs, (bio/chimique)fonctionnalisation des surfaces…)
• Co-conception matériel-logiciel
( variabilité des filières sub 32 nm & consommation des SoC >> fabrication de fabriques de calcul multicoeur >> programmation de systèmes parallèles à recnfiguration dynamique)
• Architectures 3D
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Opportunités de diversification des composants électroniques (2/3)
Caen : Eclairage
Tours : Micro sources d’Energie
Toulouse : Electronique de Puissance Le Rousset :
Communications sécurisées
Grenoble/Crolles : MINATEC
Corbeil
Nantes
Les nouveaux marchés (énergie, transport, transactions sécurisées,…)demandent une diversification des composants électroniques
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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2ème perspective: croissance verte
Les Nouvelles Technologies pour l’Energie dominantes dans 30 ans(solaire, véhicules électriques,…)
doivent d’abord ‘passer techniquement & économiquement la rampe’
Les nanomatériaux changent la donne
Photovoltaique
batteries pour le véhicule électrique du futur
Nanofils, nanodots,hétérojonctions:passer le seuil des 25% avec des matériaux non rares
Nanomatériaux & électrodes nanostructurées:gagner, par étapes, un facteur 5 à 10 sur le poids des batteries
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années
No
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Autonomie du véhicule pour 150 kg de batteries
NiCd ( 45 km)Plomb (30 km)
Véhicule utilitaire faible autonomie
Véhicule électrique années 1990
Véhicule hybrides actuels (microcycles)
LiFePO4 nano poudres
Electrode silicium nanostructuré
NiMH ( 70 km)
Li ion 2010 (150 km)
Li ion 2015 (300km)
L’apport des nanotechnologies pour la performance des batteries
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Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque
L’apport des nanotechnologies pour les cellules photovoltaïques
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Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nanobiotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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3ème perspective: santé
Horizon 2020-2030: diagnostic précoce & suivi thérapeutique personnalisé,
Les nanotechnologies permettent de créer des nano-objets à l’échelle sub-cellulaire(ADN, virus, protéines,…)
Nano-biomarqueurs
Imagerie moléculaire
Test ultra miniaturisés utilisés près du lit du malade
Les cellules tumorales ou pré tumorales sont rendues visibles:aide à la chirurgie
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L’apport des nanotechnologies dans l’imagerie moléculaire
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de Nano-INNOV
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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits
‘Nano enabled’ SYSTEM
Maximum de valeur ajoutée
Reservoird’innovation
Niveau des nanotechnologies
Où se trouve le maximum de valeur ajoutée ?
Silicium nanoLiFePO4 nano
Etape d’intégration des nanosdans les systèmes,
Cruciale !
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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits
‘Nano enabled’ SYSTEM
Maximum de valeur ajoutée
Reservoird’innovation
Niveau des nanotechnologies
Design matériel-logicielcentral
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Constat du rapport Nano-INNOV:la France est en retard en matière d’intégration des nanotechnologies
Malgré le niveau scientifique dans le domaine ‘nano’, et malgré la capacité d’intégration exceptionnelle de sociétés commeAirbus, constructeurs automobiles, Thalès,….,
la France est en retard en matière d’intégration des nanotechnologies dans les nouveaux produits
Rapport Nano-INNOV remis en mai 2008 au Président de la république
Besoin de Centres d’Intégration des nanotechnologies puissantssur 3 territoires innovants, notamment Paris Région auprès de System@tic, Moveo, Medicen, Astec
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Les 3 centres d’intégration de Nano-INNOV
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Programmes associés à la création des centres d’intégration Nano-INNOV
la recherche technologique : RT Nano-INNOV
la sécurité face aux nanoparticules
le lien entre nanotechnologies et la société
la formation aux Nanotechnologies
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Programmes de formation retenus en 2009dans le cadre de Nano-INNOV
CNFM
programme en direction lycées et collèges
Principe de Subsidiarité
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Conclusion
L’action du CNFM est essentielle car la compétitivité est avant tout une question de compétences humaines
Le CNFM peut s’appuyer sur les Centres d’Intégration nano-INNOVà trois niveaux:
- identification des nouveaux besoins de formation- moyens technologiques spécifiques pour réaliser des TP dans de nouveaux champs de la connaissance- identification de formateurs