Nanotechnologies Initiative Nano-INNOV

1. Nanotechnologies Initiative Nano-INNOV 26 novembre 2009 Jean-Frédéric CLERC CEA /Direction de la Recherche Technologique

2. 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

3. Périmètre des nanotechnologies • Nanotechnologies = échelle de 1 nanomètres à 100 nanomètres Atome hélium 1 Angstrom 1 nanomètre • Propriétés originales de certains arrangements particuliers d’atomes • (de quelques atomes à quelques milliers d’atomes) Atome de carbone Nanotube de carbone Fullerène

4. Périmètre des nanotechnologies • 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

5. 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

6. Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses TIC (Technologies de l’information) INGENIERIE (Mécanique, Energie, Transports, Chimie…) DOMAINES APPLICATIFS BIOLOGIE, SANTE (Biotechnologies) SPECIALITES Nano-Elec Nano-Bio Nano-Mat ELECTRONIQUE MATERIAUX BIOTECHNOLOGIES IMAGINER/PREVOIR Nano-Modélisation Nano-Simul REALISER /PRODUIRE Nano-Fabrication Nano-Lab Nano-Fab COMPETENCES TRANSVERSALES VOIR/CONTROLER Nano-Caractérisation Nano-Carac IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGES Sécurité des nanos Nano-Safe

7. Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses Société De la connaissance Croissance Verte Diagnostic précoce, Médecine personnalisée ENJEUX SOCIETAUX SPECIALITES Nano-Elec Nano-Bio Nano-Mat ELECTRONIQUE MATERIAUX BIOTECHNOLOGIES IMAGINER/PREVOIR Nano-Modélisation Nano-Simul REALISER /PRODUIRE Nano-Fabrication Nano-Lab Nano-Fab COMPETENCES TRANSVERSALES VOIR/CONTROLER Nano-Caractérisation Nano-Carac IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGES Sécurité des nanos Nano-Safe

8. 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

9. 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 électronique processeur Puce électronique RF

10. Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (1/3) La bataille du ‘scaling’ pour la domination des composants nanoélectroniques est mondiale Nombre de transistors: + 30% par an Coût par transistor: -20 % par an Investissements industriels très lourds IBM ST 2 sites encore compétitifs en Europe Au niveau International, avantage à Crolles: - Accord IBM - Programme national Nanoélectronique 2012 - Coopération avec Léti-MINATEC Niveau International SOITEC

11. 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

12. Opportunités de diversification des composants électroniques (2/3) Les nouveaux marchés (énergie, transport, transactions sécurisées,…)demandent une diversification des composants électroniques Caen : Eclairage Corbeil Tours : Micro sources d’Energie Nantes Grenoble/Crolles : MINATEC Toulouse : Electronique de Puissance Le Rousset : Communications sécurisées

13. 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

14. 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

15. L’apport des nanotechnologies pour la performance des batteries Autonomie du véhicule pour 150 kg de batteries Electrode silicium nanostructuré Li ion 2015 (300km) Li ion 2010 (150 km) LiFePO4 nano poudres Véhicule électrique années 1990 Véhicule utilitaire faible autonomie NiMH ( 70 km) Véhicule hybrides actuels (microcycles) NiCd ( 45 km) Plomb (30 km)

16. L’apport des nanotechnologies pour les cellules photovoltaïques Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque

17. 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 nanobiotechnologies • L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

18. 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

19. L’apport des nanotechnologies dans l’imagerie moléculaire

20. 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

21. Silicium nano LiFePO4 nano INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits Où se trouve le maximum de valeur ajoutée ? ‘Nano enabled’ SYSTEM Maximum de valeur ajoutée Global function Etape d’intégration des nanos dans les systèmes, Cruciale ! Elementary function Reservoir d’innovation Niveau des nanotechnologies Elementary properties

22. INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits Services ‘Nano enabled’ SYSTEM Maximum de valeur ajoutée Global function Design matériel-logiciel central Elementary function Reservoir d’innovation Niveau des nanotechnologies Elementary properties

23. 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 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 puissants sur 3 territoires innovants, notamment Paris Région auprès de System@tic, Moveo, Medicen, Astec

24. Les 3 centres d’intégration de Nano-INNOV Integration Centre Nano-INNOV Paris Plat-form Platform NanoSURFACE Paris NanoMED Paris Platform NanoELEC Paris Platform Atomic & molecular NanoDesign Toulouse Platform Nano-DESIGN National Centre Platform NanoXTREM Paris P1 NanoCARAC Paris Integration Centre Nano-INNOV Toulouse Integration Centre Nano-INNOV Grenoble Platform Nano CHEMISTRY System on chips Atomic & molecular Nanomaterials for energy Platform System on chips Plat-form Plat-form NanoBIOTECH NanoDESIGN Grenoble NanoDESIGN Toulouse Nano safety

25. 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

26. Programmes de formation retenus en 2009dans le cadre de Nano-INNOV Principe de Subsidiarité • CNFM • programme en direction lycées et collèges

27. 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