Nanotechnologies

Initiative Nano-INNOV

26 novembre 200926 novembre 2009

1Jean-Frédéric CLERC

CEA /Direction de la Recherche Technologique

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

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

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

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

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

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

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

9

p q

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

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

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

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

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

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

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

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des nanotechnologies

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 @ , , ,

Les 3 centres d’intégration de Nano-INNOV

24

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

26

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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