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Nanotechnologies
Initiative Nano-INNOV
26 novembre 200926 novembre 2009
1Jean-Frédéric CLERC
CEA /Direction de la Recherche Technologique
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour laPerspective d une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pourPerspective d une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour lesSanté (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de
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L intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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Périmètre des nanotechnologiesPérimètre des nanotechnologies
Nanotechnologies = échelle de 1 nanomètres à 100 nanomètres
Atome hélium
1 nanomètre1 Angstrom
Propriétés originales de certains arrangements particuliers d’atomes(de quelques atomes à quelques milliers d’atomes)
Atome de carbone
3Nanotube de carboneFullerène
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Périmètre des nanotechnologies
Nanosciences =Nanosciences =comprendre les propriétés inédites que présentent certainsassemblages particuliers d’atomes et de molécules
Nanotechnologies= ît i l’ bl d t t d lé l f b i dmaîtriser 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 comprennentcomprennent
l’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits / systèmes
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la jnanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les ( g p p ) j pnano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de
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g g p jnano-INNOV
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Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses
TIC INGENIERIE BIOLOGIE SANTETIC(Technologies de
l’information)
INGENIERIE(Mécanique, Energie, Transports, Chimie…)
BIOLOGIE, SANTE(Biotechnologies)DOMAINES
APPLICATIFS
SPECIALITESNano-Elec Nano-Mat Nano-Bio
MATERIAUX BIOTECHNOLOGIESELECTRONIQUE
IMAGINER/PREVOIRALE
S
Nano-Mat Nano Bio
IMAGINER/PREVOIRNano-Modélisation
RA
NSV
ERSA
REALISER /PRODUIRENano-Fabrication
Nano-Simul
Nano-LabNano-Fab
VOIR/CONTROLERNano-Caractérisation
IDENTIFIER ETETEN
CES
TR Nano Fabrication
Nano-Carac
6
IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGESSécurité des nanosC
OM
PE Nano-Safe
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Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses
Société Croissance VerteDiagnostic précoce,
Méd iENJEUX SOCIETAUX
De la connaissance Croissance Verte Médecine personnalisée
SPECIALITESNano-Elec Nano-Mat Nano-Bio
MATERIAUX BIOTECHNOLOGIESELECTRONIQUE
IMAGINER/PREVOIRALE
S
Nano-Mat Nano Bio
IMAGINER/PREVOIRNano-Modélisation
RA
NSV
ERSA
REALISER /PRODUIRENano-Fabrication
Nano-Simul
Nano-LabNano-Fab
VOIR/CONTROLERNano-Caractérisation
IDENTIFIER ETETEN
CES
TR Nano Fabrication
Nano-Carac
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IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGESSécurité des nanosC
OM
PE Nano-Safe
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la p j pnanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pourPerspective d une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour lesSanté (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de
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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 :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 :Pucesupport matériel du numérique
support matériel des communications
Puce électroniqueprocesseur
Pucesupport matériel des communications
Diversification des composants électroniques
Puce électronique
RF
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p q
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Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (1/3)
La bataille du ‘scaling’ pour la domination des composants g p pnanoélectroniques est mondiale
Nombre de transistors: + 30% par an Investissements industrielspCoût par transistor: -20 % par an
Investissements industriels très lourds
IBM ST2 sites encore compétitifs en Europe
Au niveau International, avantage à Crolles:- Accord IBM
Niveau International
- Programme national Nanoélectronique 2012- Coopération avec Léti-MINATEC
SOITEC
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Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (2/3)
La bataille économique se joue de plus en plus au niveau du q j p pdesign
• 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 >> f b i ti d f b i d l l lti>> 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)
Les nouveaux marchés (énergie, transport, transactions sécurisées,…)demandent une diversification des composants électroniques
Caen : EclairageCaen : Eclairage
Corbeil
Tours :Micro sources d’Energie
Nantes
Grenoble/Crolles :
Toulouse : Electronique de Puissance Le Rousset :
C
MINATEC
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Communications sécurisées
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la p j pnanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les té i l NTEnanomatériaux pour les NTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour l bi t h l iles nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: j d INNOV
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enjeux de nano-INNOV
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2ème perspective: croissance verte2ème perspective: croissance verte
Les Nouvelles Technologies pour l’Energie dominantes dans 30 ansLes 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
PhotovoltaiqueNanofils nanodots hétérojonctions:
batteries pour le véhicule électrique du futur
Nanofils, nanodots,hétérojonctions:passer le seuil des 25% avec des matériaux non rares
p q
Nanomatériaux & électrodes nanostructurées:gagner, par étapes, un facteur 5 à 10 sur le poids des batteries
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L’apport des nanotechnologies pour la performance des batteries
Autonomie du véhicule pour 150 kg de batteries
300
350
0 kg
de Electrode silicium
nanostructuréLi ion 2015 (300km)
250
e po
ur 1
50
150
200
d'au
tono
mi
batte
ries
Li ion 2010 (150 km)
50
100
re d
e km
d
Véhicule utilitaire faible autonomie
Véhicule électrique années 1990
LiFePO4nano poudres
0
50
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Nom
b
NiCd ( 45 km)Plomb (30 km)Véhicule hybrides actuels
(microcycles)
NiMH ( 70 km)
15
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
années
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L’apport des nanotechnologies pour les cellules photovoltaïques
Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïquecellule photovoltaïque
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Sommaire
Le périmètre des nanotechnologies
Spécialités et connaissances transverses
Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la él t inanoélectronique
Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTENTE
Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nanobiotechnologiespour les nanobiotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV
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e jeu de a o O
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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-biomarqueursTest ultra miniaturisés utilisés près du lit du malade
Imagerie moléculaire
Test ultra miniaturisés utilisés près du lit du malade
g
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 biotechnologiesles nano biotechnologies
L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux
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tég at o des a otec o og es da s des ou eauproduits: enjeux de Nano-INNOV
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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produitsdans les nouveaux produits
‘Nano enabled’
Où se trouve le maximum de valeur ajoutée ?
Nano enabled SYSTEM
Maximum de valeur ajoutée
Etape d’intégration des nanosdans les systèmes,
Cruciale !Cruciale !
Reservoird’innovation
Niveau
Silicium nanoLiFePO4 nano
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des nanotechnologies
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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produitsdans les nouveaux produits
‘Nano enabled’Nano enabled SYSTEM
Maximum de valeur ajoutée
Design matériel-logicielcentral
Reservoird’innovation
Niveau
22
des nanotechnologies
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Constat du rapport Nano-INNOV:la France est en retard en matière d’intégration des nanotechnologies
Rapport Nano-INNOV remis en mai 2008 au Président de la république
Malgré le niveau scientifique dans le domaine ‘nano’, et malgré la capacité d’intégration exceptionnelle de sociétés commeet 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
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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y @ , , ,
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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-INNOVg q
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
Principe de Subsidiarité
CNFM
programme en direction lycées et collègesp g y g
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Conclusion
L’action du CNFM est essentielle car la compétitivité est avant tout une pquestion 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
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