Science des matériaux : les nanotechnologies sous les feux de la rampe
Dernière mise à jour: 20.12.2019
Les nanotechnologies (du grec "νᾶνος nános" - "nain") hantent l'imaginaire des artistes et des savants depuis des décennies. Dans "Le Voyage fantastique", film de science-fiction datant de 1966, une équipe de chercheurs était rapetissée jusqu'à une taille lui permettant de voyager dans la circulation sanguine d'un patient plongé dans le coma. En 2015, dans le film "L'Homme-Fourmi" ("Ant Man") inspiré d'une bande dessinée, un super-héros minuscule bravait tous les dangers vêtu d'une nanocombinaison.
Au cours des décennies qui séparent ces deux films, la science a considérablement rapproché la réalité de la fiction.
Des matériaux de construction intelligents aux micropuces nanométriques utilisées dans l'informatique, en passant par les médicaments en microcapsules, maintes innovations reposent d'ores et déjà sur des nanotechnologies brevetées.
De nombreux finalistes et lauréats du Prix de l'inventeur européen ont joué un rôle essentiel dans le développement des nanotechnologies.
La science des matériaux fait peau neuve avec les nanotubes de carbone
Sumio Iijima : lauréat du Prix de l'inventeur européen 2015 (Pays non européens)
L'avenir appartient aux nanotechnologies. Les nanotubes de carbones découverts par le japonais Sumio Iijima sont la substance la plus dure connue à ce jour. Visibles seulement sous l'objectif de puissants microscopes, 1000 fois meilleurs conducteurs que le cuivre, ces structures de dimensions moléculaires marquent sans conteste le progrès le plus spectaculaire et le plus prometteur réalisé au cours des dernières décennies dans la quête de nouveau matériaux .
L'invention brevetée de Sumio Iijima ébranle les fondations mêmes de la science des matériaux puisqu'elle ajoute la forme nanotubulaire du carbone aux trois formes élémentaires déjà connues (diamant, graphite et sphéroïdes creux appelés fullerènes).
Breveté par la NEC Corporation, le nouveau nanomatériau met en point de mire des ordinateurs dix fois plus rapides, des cellules photovoltaïques plus efficaces et des matières d'une solidité sans précédent. Non moins de 100 sociétés à travers le monde le fabriquent déjà. Le marché est en plein essor et devrait atteindre 912,6 millions d'euros (1,1 milliard de dollars) d'ici 2016.
Des anticancéreux sous forme de nanocapsules
Patrick Couvreur : lauréat du Prix de l'inventeur européen 2013 (Recherche)
Dans la lutte contre le cancer, les nanotechnologies représentent l'alternative douce aux chimiothérapies agressives. Au lieu d'inonder l'organisme de molécules toxiques, les nanocapsules mises au point par le Français Patrick Couvreur ne libèrent leur principe actif qu'une fois parvenues à la tumeur via la circulation sanguine.
Revêtues de polymères biodégradables qui se dissolvent lentement, ces nanocapsules sont, avec un diamètre de 10 à 1000 nanomètres, 70 fois moins plus petites que les globules rouges. Ces propriétés uniques leur permettent d'acheminer des doses plus élevées et d'être dix fois plus efficaces que la chimiothérapie classique, tout en épargnant les cellules saines.
L'invention nanotechnologique des laboratoires du CNRS a remporté le Prix de l'inventeur européen en 2013. Elle est actuellement commercialisée par BioAlliance Pharma, société fondée par Patrick Couvreur en 1997.
Du silicium nanostructuré pour le secteur biomédical
Leigh Canham : finaliste du Prix de l'inventeur européen 2011 (PME)
Certaines substances hyperconnues peuvent réserver des surprises à l'échelle nanométrique. C'est en 1995 que le Britannique Leigh Canham découvrit la luminescence et la biodégradabilité du silicium nanostructuré, mais son intuition géniale fut de postuler que le corps humain pouvait absorber sans danger du silicium nanotraité, avec comme seul résidu une substance bénigne : la silice.
Le nanosilicium poreux appelé BioSilicon a ouvert les vannes à une foule d'applications dans des domaines aussi divers que l'administration contrôlée de médicaments, l'oncothérapie ciblée, l'imagerie médicale et les produits sanitaires et cosmétiques. La structure en nid d'abeille comporte des nano-alvéoles pouvant héberger peptides, gènes, protéines, radio-isotopes ainsi que médicaments et vaccins.
Le BioSilicon a déjà trouvé plusieurs applications concrètes, dont un implant oculaire pour le traitement de la rétinite à cytomégalovirus liée au SIDA et un dispositif micro-injectable pour traiter le diabète.
Procédé pour fabriquer le fullerène
Wolfgang Krätschmer : lauréat du Prix de l'inventeur européen 2010 (Œuvre d’une vie)
Grâce aux nanotechnologies, les laboratoires de recherche disposent désormais de fullerène en quantités suffisantes. La découverte de cette nouvelle forme nanoparticulaire de carbone à l'état pur - également appelée "C60" en raison de ses 60 atomes de carbone - remonte à 1985, mais pour qu'elle puisse être étudiée en détail, il fallut attendre le procédé de fabrication breveté par Wolfgang Krätschmer et son collègue américain Donald Huffman à l'université d'Arizona.
Lancé en 1993, le procédé "Krätschmer Huffman" a fait prodigieusement avancer la recherche sur les fullerènes dans les laboratoires du monde entier. En tout juste trois ans, près de 300 demandes de brevets furent déposées dans des nouvelles familles de brevets en rapport avec le C60, et des milliers d'autres suivirent. Les quelques années entre 2008 et 2015 ont suffi pour faire passer le marché des fullerènes de 265 millions à 4,1 milliards d'euros.
Actuellement, ces nanoparticules qui ressemblent sous le microscope à des ballons de football sont utilisées dans les nouveaux combustibles, les supraconducteurs, les superlubrifiants ainsi que dans l'industrie pharmaceutique. Wolfgang Krätschmer s'est vu décerner le Prix de l'inventeur européen 2010 dans la catégorie "Oeuvre d'une vie". Il se consacre à la recherche sur les fullerènes via le Krätschmer Group, institution qu'il a fondée pour étudier les innombrables possibilités que recèlent ces sphéricules de carbone.