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Alors j'attaque avec Bienvenue dans le Nanomonde dont nous a parlé John :
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Pour commencer...
Un nouveau monde est en train de naître…
Une révolution scientifique est en marche
Une révolution qui pourrait profondément modifier notre avenir au quotidien et dans de multiples domaines. Une révolution qui nous permet d’ores et déjà de rêver de produits plus petits, plus légers, moins chers ; qui nous promet des ordinateurs plus performants, des moyens de communication plus rapides, mais aussi des traitements médicaux plus efficaces, un environnement plus propre, un cadre de vie plus agréable…
Un monde qui vise à élaborer de nouveaux matériaux et des composants toujours plus petits, à construire « atome par atome » de nouvelles molécules et à les assembler pour exploiter des phénomènes nouveaux qui n’apparaissent qu’à l’échelle du nanomètre.
À cette échelle la matière se comporte différemment. Ici règnent les lois de la physique quantique qui défient la logique et l’imagination, celles qui permettent à une mouche de s’accrocher au plafond, à une feuille de lotus d’être imperméable, à un ordinateur de tenir dans une cuillère à soupe.
Un coup d’œil sur google ? 18 millions de pages traitent du sujet.
Pas de doute les nanotechnologies sont là.
Apple est le premier à avoir lancé la mode avec son IPOD, mais ce ne sont pas moins de 250 produits sur le marché, de la raquette de tennis aux vitres, peintures ou et même dans le dernier processeur Intel Code Duo qui équipe Pc et Macintosh.
D’où est partie cette révolution ? Que sont les nanosciences ? Comment fabrique-t-on ces nanocomposants ? A quoi servent-il ? Quelles sont les perspectives de développement ? Quelles en sont les implications scientifiques, humaines, sociales et économiques ? Pourquoi et comment les nanotechnologies vont-elles améliorer notre vie quotidienne ? Et quels sont les risques et les problèmes éthiques qu’elles soulèvent ?
Nous allons trouver les réponses à ces questions dans un voyage fantastique à travers la planète, à la rencontre de scientifiques passionnés, dont plusieurs prix Nobel. Nous serons à leur côtés, tandis qu’ils cherchent à percer les secrets de la nature en manipulant la matière à l’échelle de la molécule et de l’atome.
Nous allons parcourir les domaines de la santé, de l’énergie, de l’industrie, de la communication… car, rien ne semble pouvoir limiter les applications de cette nouvelle technologie.
Notre enquête, alliant le documentaire de voyage au documentaire scientifique, va nous plonger dans l’univers de l’infiniment petit, un univers qui nous promet de changer radicalement notre rapport au monde et au-delà, la vision que nous en avons.
Avec le premier épisode nous passons du micro monde, celui du 20ème siècle, au nanomonde, celui du 21ème siècle. Nous découvrons comment, oubliant la traditionnelle fabrication d’objets à partir de blocs de matière première est née l’idée d’assembler des objets atome par atome.
Tout a commencé avec un microscope qui savait toucher les atomes… Si l’on pouvait les toucher pourquoi ne pas les pousser et les assembler ? Et le hasard s’en est mêlé avec les première structures, les nanotubes… Des structures aux propriétés étonnantes, car à cette échelle la matière change de comportement. Au fur et à mesure de la naissance des première applications, les enjeux industriels et économiques se sont révélés, entraînant l’Europe les USA et l’Asie dans un effort impressionnant afin de maîtriser cette techno science du 21ème siècle.
Nous nous laisserons guider par les premiers découvreurs et les chercheurs les plus en pointe, dont plusieurs sont aujourd’hui « nobélisés ». En leur compagnie, nous irons jusqu’à la logique ultime des nanotechnologies qui théoriquement nous permettra d’assembler n’importe quel objet à partir d’atomes !
Avec le deuxième épisode nous apprenons comment les nanotechnologies pourraient bien changer notre vision du monde.
La fin du 20ème siècle a vu l’informatique révolutionner le travail, les loisirs et l’industrie. Avec le 21ème siècle, la compréhension des mécanismes qui interviennent au cœur de la matière nous permet d’envisager des matériaux aux propriétés nouvelles, directement copiées de la nature. Mais aussi la fabrication d’objets plus économes, plus légers, plus écologiques, plus petits, plus rapides.
Dès aujourd’hui s’annoncent des vitres et des tissus d’inspirant de la feuille du lotus pour devenir imperméable, des revêtements inrayable, d’autres « naturellement » ignifugés, d’autres durs comme le diamant, des fils deviennent aussi léger et résistants que de la toile d’araignée.
Mais la révolution est aussi en marche dans l’informatique, dans le domaine de l’énergie...
Ces applications et les perspectives fascinantes qu’elles ouvrent, nous les découvrons en compagnie des chercheurs du monde entier, parmi les plus passionnés !
Pour notre troisième voyage nous allons à la rencontre de ce que les nanos peuvent changer pour notre propre corps. Nous découvrons cette nouvelle manière de soigner qu’est la nanomédecine.
A cette échelle les médecins réussissent à cibler les zones malades.
Mais déjà ils envisagent d’amener directement là ou le corps en a besoin, les médicaments nécessaires et dans des quantités tout juste nécessaires. Les applications sont déjà visibles et spectaculaires notamment dans le domaine du traitement du cancer.
Nous rencontrerons également de nouveaux outils de diagnostic qui travaillent à l’échelle de la molécule. Ils permettent par exemple, de réaliser le travail d’analyse médical nécessaire par un « laboratoire » pas plus gros qu’une carte de crédit.
Mais, c’est avec la médecine reconstructrice que nous découvrons les perspectives étonnantes que la connaissance du vivant nous apporte : si les tritons sont capables de faire repousser un membre coupé, pourquoi pas nous ? Les premiers résultats sont déjà là, avec des souris qui ont retrouvé la vue après qu’on leur ai sectionné le nerf optique !
Après l’histoire et la découverte de perspectives fantastiques, nous ne pouvons ignorer l’inconnu vers lequel nous plongent les découvertes leurs applications, et les risques qui en résultent.
C’est le quatrième épisode.
Travailler à l’échelle de l’invisible cristallise bien des peurs, à tort et à raison. Quels sont réellement ces risques, au niveau de l’individu et de l’environnement et comment pouvons nous les évaluer ? Comment fait-on pour les mesurer ?
D’autre part, les chercheurs sont-ils conscient des dangers qu’ils nous font courir ? Quelles sont leurs réflexions en matière d’éthique ?
Cette révolution « nano » fera courir des dangers à la société, modifiant les grands équilibres économiques et faisant se profiler big brother à l’horizon…
Quelle sera, alors la place du citoyen ? Aura t-il encore son mot à dire ?
1 Du Micro au Nano
2005 Marque un tournant dans l’univers de l’informatique. Intel lance le processeur Core Duo. C’est la première fois que les circuits d’un processeur sont gravés avec la précision du nanomètre !
C’est une vraie révolution qui annonce une nouvelle manière de travailler, mais surtout, la fin de la course à la miniaturisation !
Cet attrait pour l’infiniment petit date de Démocrite, qui le premier, il y a près de 2400 ans, à imaginé que l’univers est constitué de particules minuscules et indivisibles qu’il appelle « atomos ». Mais il faut attendre le XIXème siècle et le physicien italien Avogadro pour que l’existence de ce qui devient l’atome, ne soit confirmée par l’expérience.
Et si l’on pouvait travailler à l’échelle des atomes ?
Et qui plus est, si l’on pouvait les manipuler !
Le premier à avoir évoqué cette hypothèse est un certain Richard Feynman.
Nous sommes dans les années 50… il ne le sait pas encore mais ses travaux seront, quelques années plus tard, auréolés d’un prix Nobel.
Pour l’instant, son intuition se borne à « arrêtons de chercher à réduire, construisons à partir de l’infiniment petit, à partir de l’atome ».
Oui, mais construire quoi ? Et surtout comment ?
Une première voie dans le processus s’ouvre en 1981, avec l’invention du microscope à effet tunnel ! le fameux STM. Il est capable de visualiser les atomes, mais aussi et surtout … de les déplacer.
Et si on peut déplacer les atomes, on peut créer de nouvelles structures atomiques.
Terminée alors, la démarche de l’homme qui utilise la matière existante pour créer les objets dont il avait besoin. Maintenant, on peut envisager de façonner ces mêmes objets à partir des briques même de la matière, les atomes.
Prolongeant les idées de Feynman, Eric Drexler, toujours dans les années 1980, va ajouter une intuition nouvelle. Il veut lui aussi fabriquer des objets, mais en utilisant les spécificités des comportements de la matière à l’échelle atomique.
Ces concepts prennent forme en 1985 avec la création presque par hasard d’une nouvelle structure de carbone, une structure qui n’existe pas à l’état naturel, et qui va devenir la super star des nanotechnologies. C’est le nanotube !
Les nanotubes de carbones sont intéressants du point de vue de la recherche fondamentale, mais aussi du point de vue des applications. Car, ils valident l’immense avantage de travailler à l’échelle nano, en profitant de nouvelles propriétés de la matière... On entre dans le domaine de la physique quantique !
Mais pouvons nous construire atome par atome des structures nouvelles ?
Comment faire en sachant qu’en utilisant les technologies actuelles et le microscope à effet tunnel, assembler une feuille de papier en ajoutant un million d’atomes par seconde prendrait plus de 13 milliards d’années !
C’est là qu’intervient l’une des idées les plus folles des chercheurs, une idée pourtant simple, née de l’observation de la vie. Dans le processus de croissance du vivant, les cellules se scindent en deux, puis chacune d’elles encore en deux, et très vite elles sont des millions, des milliards…
En extrapolant, pourquoi ne pas faire de même avec les nanotechnologies ?
Pourquoi ne pas créer des sortes de robots capables d’assembler d’autres robots copies d’eux-mêmes, qui travailleront simultanément, à la chaîne, pour créer, atome par atome et à grande vitesse les objets que nous désirons ?
Reprenons le parallèle avec le vivant et penchons nous sur une parcelle d’un jardin. Nous découvrons qu’il existe des « machines » aux pouvoirs étonnants... Pourrions-nous faire de même !
Comme l’araignée, pourrions nous tisser des fils plus résistants que l’acier ?
Comme la salamandre pourrions nous régénérer des tissus vivants ?
Comme la mouche pourrions nous adhérer à toutes les surfaces, dans toutes les conditions et positions ?
Pour comprendre comment cette araignée adhère à toutes les surfaces, dans n’importe quelle position, il faut regarder la structure de ses pattes : c’est un travail de biologiste. Mais comme aujourd’hui on étudie cette structure à l’échelle nanoscopique, celle des molécules, des atomes et de leurs combinaisons, c’est un travail de chimiste et de physicien qui est nécessaire en plus de la biologie.
A cette échelle, il n’y a plus de frontières entre les sciences.
Cette faculté de créer atome par atome, ce que l’on appelle le bottom up, permet de construire pratiquement sans déchets, défauts ni impuretés. Les coûts de fabrication seraient quasiment liés aux coûts de conception de ces dispositifs, un peu comme dans l’industrie contemporaine des logiciels. Mais avant de baisser les coûts, il faut financer les recherches.
Tout commence dans le bureau ovale en l’an 2000. Bill Clinton reçoit Mihail Roco, venu lui « vendre » les nanotechnologies. La rencontre devait durer 5 minutes… Elle durera une heure, avec à la clef la création de la National Nanotechnology Initiative, et un investissement de 300 milliards de dollars.
Depuis ce jour, c’est véritablement : Bienvenue dans le nanomonde.
Moins de dix ans plus tard, le plus petit objet jamais issue de la main de l’homme est une puce contenant absolument tout le savoir d’une université, tous les cours, toutes les archives, toutes les données.
Rapidement, les nanotechnologies vont devenir un enjeu stratégique, commercial et social de premier plan, et la compétition entre pays fait rage. L’Europe et le Japon ont rattrapé leur retard en terme d’investissement sur les USA et de nouveaux pays comme la Chine ou l’Inde se lancent dans la bataille.
Nous sommes, aujourd’hui, à la première phase de la révolution nano, celle des « nano structures passives ». Ce sont des applications qui ne changent pas de propriétés durant leur utilisation, comme des vitres insalissables, ou des revêtements imperméables…
Mais commence d’apparaître la seconde génération, les « nano structures actives ». Elles sont plus complexes, car elles évoluent durant leur utilisation.
Pour 2010, on nous annonce les premiers prototypes de nano systèmes, où de très nombreux nano composants inter-agissants.
Puis apparaîtront des matériaux intégrant des systèmes robotiques de surface qui transforment leurs caractéristiques et leurs propriétés. On aura également, pour l’industrie de l’électronique, des systèmes d’auto assemblage.
2015 - 2020, marquera le passage à ce que l’on appelle les « nanotechnologie moléculaire ». Ce sera le temps ou les composants des nano systèmes seront élaborés au niveau moléculaire.
En 2007, 50 000 brevets sont déposés et 231 objets contenant des nanotechnologies sont recensés.
La révolution est en marche !
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2 Des Nanos Autour De Nous
(La seul a avoir des bande noir sur les cotes)
Extrait d’une publicité pour Pilkington Glass, la première vitre autonettoyante, aux propriétés spectaculaires : quelles que soient les conditions, la vitre reste impeccablement propre. Ceci n’est pas une publicité mensongère : cette vitre ne se salit jamais grâce à un revêtement de dioxyde de titane épais d’à peine quelques nanomètres. Un gadget pour ménagère ? Pas vraiment…
Lorsque l’on parle d’un nouveau matériau, il faut bien faire la distinction entre sa surface à l’extérieur et sa structure interne. Pour le moment, on ne sait qu’agir sur la surface du matériau, en agissant sur son revêtement. C’est la phase « un » des nanotechnologies pour ce qui est de la science des matériaux. Ce qui est déjà un exploit ! Démonstration avec un tissu totalement imperméable.
En fait ce tissu s’inspire de la feuille de lotus, dont la particularité est de rester toujours au sec. On ne fait ici qu’imiter maladroitement ce que la nature réussit de façon spectaculaire…
Mais on peut aller plus loin : lorsqu’on réduit la taille de ce qui compose un matériau jusqu’à l’échelle nano, les propriétés du matériau changent, deviennent différentes.
Par exemple, un métal très épais est composé d’amas de molécules assemblées en grains. On arrive aujourd’hui à réduire la taille de ces grains, jusqu’à une dizaine de nanomètres de diamètre. Et plus on réduit la taille de ces grains qui composent le métal, plus ce métal va être résistant.
On a donc un nouveau matériau merveilleux, aux propriétés exceptionnelles !
Un autre exemple concerne cette fois les fibres textiles : imaginez un tissu synthétique combinant deux propriétés antagonistes en étant à la fois solide et étirable… Pour réaliser cette prouesse, des chercheurs du MIT se sont inspirés d’une toile d’araignée. Au microscope on voit que chaque fil intègre des cristaux nanoscopiques. Ce sont eux qui donnent à la toile sa solidité, par la façon dont ils sont disposés et adhèrent au polymère.
Ça a l’air tout simple… Mais pour reproduire en laboratoire cette merveille de la nature, il a fallu des années de travail. Le nano composite créé combine finalement de petits disques d’argile mesurant environ 1 nanomètre d’épaisseur pour 25 nanomètres de diamètre, qui sont dispersés sur un polymère étirable.
Ça peut sembler trivial et dérisoire, mais avec certains textiles nano structurés, plus besoin de laver ou de repasser une chemise aussi souvent. Au final, on économise beaucoup de temps, et surtout beaucoup d’énergie. On utilise moins d’eau, moins de détergents, et du coup, il y a moins de déchets, et moins de pollution.
Mais allons encore plus loin, car ces fibres textiles peuvent aussi contenir des nano particules encapsulées qui seront relâchées, selon les besoins, à doses nanoscopiques parfaitement ajustées. On peut imaginer des vêtements qui vont diffuser directement des nutriments ou même des médicaments! L’industrie agro-alimentaire et les laboratoires pharmaceutiques suivent à loupe ces possibles débouchés...
Evidemment l’armée n’est pas la dernière à investir dans la recherche de ces nouveaux matériaux. On s’intéresse de très près aux ajouts que l’on pourrait faire aux uniformes classiques : des uniformes capables de détecter des produits chimiques ou bactériologiques, d’absorber l’énergie afin de diminuer l’impact d’une explosion ou encore de résister aux balles.
Et parmi les bataillons de nano objets dont disposent les militaires pour inventer les équipements high-tech les plus performants, les nanotubes de carbone sont en première ligne.
Ça fait plus de 15 ans qu’on a découvert les nanotubes de carbones, et pourtant on est encore loin d’avoir bien saisi tout leur potentiel. Imaginez : le nanotube peut être conducteur ou semi-conducteur, il est 6 fois plus léger que l’acier tout en étant presque 200 fois plus résistant, on peut le plier, ou l’enrouler en plusieurs « feuillets », ce qui change encore ses propriétés, et, puisqu’il est creux, il peut servir de récipient qu’on peut emplir d’un autre composé chimique… En bref, le nanotube possède d’incroyables propriétés chimiques, optiques, et électriques. Tout cela est extraordinaire, on n'avait jamais vu ça.
Les applications de ces nanotubes se profilent en médecine, dans l’aérospatial ou encore en électronique : dans ces domaines, la régularité de leur fabrication est la clef pour rationaliser leur emploi et de tirer le meilleur parti de leurs caractéristiques, qu’il s’agisse de leur exceptionnelle conductivité, de leur forme creuse, ou de leur résistance.
Voici un exemple avec cette une pile étonnante qui ressemble à un simple morceau de papier noir. La prochaine étape sera de produire « la pile en papier » massivement et à faible coût, en l’imprimant grâce à des rotatives, comme les journaux quotidiens.
La pile à nanotubes, ultra légère, silencieuse et non polluante pourra dès lors, pourquoi pas, être idéale pour faire fonctionner les bateaux, les avions ou les voitures…
Stocker de l’énergie c’est bien, l’économiser, c’est encore mieux ! Voici les OLEDs qui vont bouleverser tous les types d’afficheurs, qu’il s’agisse d’un écran de télé, d’ordinateur, ou de téléphone…
Une idée lumineuse… mais comment ça marche exactement ? C’est bête comme choux. Ou plutôt comme cornichon. Petite incursion dans la physiologie du cornichon, et démonstration du principe de fabrication des OLED.
Bientôt, ces OLED pourront servir comme murs de lumière, ou encore rendre les vêtements lumineux, mais bon…
Peu importe les gadgets, l’intérêt principal est ailleurs : ce qui compte le plus, c’est que ces diodes coûtent moins cher à fabriquer et qu’elles fonctionnent avec beaucoup moins d’électricité que nos systèmes d’affichages lumineux actuels. Le résultat, c’est qu’en utilisant des OLED, on est gagnant sur tous les tableaux : on obtient des produits de meilleure qualité à plus bas coût tout en consommant moins !
À nouveau, économiser de l’énergie c’est bien, en produire c’est encore mieux : là aussi les nanotechnologies sont à l’œuvre avec ces cellules photovoltaïques qui se trouvent sur des films aussi fins que possible, d’une épaisseur d’à peine quelques nanomètres !
Les possibilités sont immenses, et touchent le monde entier. Ces cellules peuvent aussi bien fournir de l’énergie pour faire fonctionner la pompe d’un puits dans un pays en développement que pour alimenter n’importe quel équipement électronique, comme un ordinateur, ou un téléphone portable. Plus besoin de le brancher sur une prise : le téléphone se recharge grâce à la lumière ambiante, ou grâce au soleil.
Un des scénarios pour le futur, c’est que ces cellules photovoltaïques ne seront pas simplement posées sur les toits, mais seront un jour directement intégrés dans les matériaux de constructions eux-mêmes, à l’intérieur des tuiles sur le toit par exemple. Des villes comme des plantes, se nourrissant du soleil par photosynthèse… C’est un beau rêve, non ?
Autre prouesse fondamentale mais invisible : la fabrication de ces cellules photovoltaïques. Le travail à l’échelle nano repose sur l’auto assemblage. Le matériau n’est pas « fabriqué », au sens classique, mais s’assemble (presque) tout seul : on choisi puis on mélange deux ingrédients, qui vont s’auto assembler pour former un réseau nanométrique capable d’absorber l’énergie lumineuse et de séparer sa charge positive de sa charge négative. On choisi les ingrédients, et le reste se fait tout seul !
Et c’est là le point le plus important, le défi le plus grand pour les nanotechnologies dans les années qui viennent. L’auto assemblage. L’auto assemblage, c’est le Graal, pour tous les chercheurs qui travaillent dans les nanotechnologies.
Imaginez : si l’on voulait, aujourd’hui, fabriquer une simple feuille de papier machine atome par atome, avec les outils dont nous disposons, on mettrait 13 milliards d’années ! L’âge de l’univers, pour une simple feuille !
C’est inenvisageable, bien entendu. Ce qu’il nous faut, c’est l’auto assemblage.
Cela veut dire qu’il nous faut trouver une façon intelligente, comme le fait la biologie constamment, de mettre en route un processus qui ordonne aux molécules « organisez-vous! ». Les nanotechnologies sont un outil, pas une fin en soi. Et ce qu’on fait aujourd’hui est tellement primitif, comparé à ce que fait la nature. On est loin d’arriver à faire ce que fait la photosynthèse, qui permet à une plante de transformer la lumière venant du ciel en énergie avec tellement d’efficacité…
En réalité, plus on progresse grâce à la technologie, plus on admire la nature !
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3 Des Nanos en nous
Les nanos sont partout ! Pas seulement AUTOUR de nous mais A L’INTÉRIEUR de nous…Notre voyage dans le nanomonde se poursuit jusque dans l’intimité de notre corps.
Nous voici cette fois à Berlin... A l’Hôpital de la Charité, vénérable institution de la capitale allemande, qui est à la pointe des traitements de lutte contre le cancer, grâce aux nano bio-technologies. Ici, le professeur Andreas JORDAN développe des traitements révolutionnaires contre le cancer. Il en est aux derniers tests avant la mise sur le marché.
Dans cette seringue, une solution qui contient des nanoparticules, des cristaux de 7 nanomètres d’oxyde de fer recouvert d’un film de lipides pour le rendre biocompatible. Ces particules sont injectées directement dans la tumeur du patient, qui, une heure plus tard. Soumises à un champ magnétique ces particules vont s’échauffer et détruire la tumeur.
Les nanoparticules sont, dans le cas du Professeur JORDAN, utilisées pour traiter, mais elles peuvent également être utilisées simplement pour mieux « voir ».
Par exemple, pour trouver dans une cellule une molécule ou un gène porteur d’une pathologie, on envoie à son contact, un marqueur enrobé d’un nano composant capable de se fixer sur cette molécule. Si le composant reconnaît la molécule, il vient s’y fixer et relâche le marqueur qui devient visible et est immédiatement identifié lors d’analyse. Le diagnostic est fait !
C’est en suivant ce principe que, dans les années 1990, les chercheurs réussissent à accomplir une tâche immense : décoder le génome humain. Pour automatiser une partie de ce travail, ils inventent les puces à ADN.
Sur une surface comme du verre, du silicium ou bien encore du plastique, ils ont fixé un ensemble de brins d'ADN modifiés qui permettent de visualiser les gènes dans une cellule. C’était la première étape vers un laboratoire à l’échelle d’une puce électronique : les « Labs on Chips ». Aujourdh’ui, avec le passage à l’échelle nano, le but ultime de ces laboratoires miniatures est d’être capable d’effectuer des diagnostics de pathologies, immédiatement, n’importe où, et avec une simple goutte de sang.
Les premiers Labs on Chips sont opérationnels mais leur utilisation est, pour l’instant réservée aux scientifiques. Mais une fois les problèmes résolus, les perspectives sont étonnantes. Pourquoi pas des puces capables d’identifier mais aussi de traiter directement une maladie ? Et pourquoi pas des puces in Vivo et non plus in Vitro ?
Mais tout cela reste de la science-fiction...
Revenons à la réalité. Dans le travail de Jordan, si la première étape est bien d’identifier les cellules cancéreuses, la deuxième étape est de les détruire sélectivement. C’est grâce à des nanoparticules qu’il réussit à trouver une solution à ce problème et concrétiser ainsi 15 ans de recherches.
Sur les 16 patients du programme de recherche les résultats sont éloquents : alors qu’on leur donnait trois mois à vivre, treize ont déjà gagné six mois de vie en plus. Pour les deux autres, le bonus est d’un an et demi. Le 16ème vient de fêter sa deuxième année de rémission. Mais les avantages de ce traitement sont aussi mesurables en terme économique. Le traitement coûte beaucoup moins cher que les thérapies habituelles.
L’argent est plus que jamais le nerf de la guerre contre le cancer et pas seulement à Berlin… La compétition fait rage d’un continent à l’autre, d’un pays à l’autre mais aussi entre laboratoires...
Et il reste encore du chemin avant d’exploiter pleinement les promesses des nanoparticules : aujourd’hui, il faut encore injecter directement la solution contenant les nanoparticules dans la tumeur. Un long et minutieux travail préparatoire. Certaines tumeurs restent du coup encore inaccessibles, trop petites, trop grosses, trop enfouies... impossibles à atteindre.
Alors voici la prochaine étape à laquelle l’équipe de Jordan, et beaucoup d’autres chercheurs dans le monde, travaillent : fonctionnaliser les nanoparticules, c’est à dire faire en sorte qu’injectées dans le sang, elles soient capable de trouver seules leur chemin jusqu’à la tumeur et de s’y fixer.
C’est donc une révolution des modes d’administration des traitements que les nanobiotechnologies nous promettent. Les principes actifs seraient par exemple encapsulés dans des nanostructures, afin de n’êtres relâchés qu’à proximité de la cellule à traiter ou du virus à attaquer. Du coup au lieu de délivrer massivement dans le corps une molécule afin d’être sûr que dans le flot le problème identifié soit traité, on peut directement délivrer la dose précise sur le mal. Moins de médicament nécessaire, moins de gâchis, moins de contre-indication, mais aussi moins de m2 d’usine nécessaire pour produire la formule chimique.
Et puisque l’on travaille à l’échelle des briques de la vie, pourquoi ne pas envisager carrément la régénération d’organes ? Pourquoi ne pas réactiver ou stimuler la croissance des tissus perdus ? Les tritons ou les salamandres sont capables de le faire… pourquoi pas nous ?
Certains laboratoires travaillent sur la croissance des tissus comme la peau, mais d’autres vont encore plus loin et le plus spectaculaire est certainement ces souris aveugles, au nerf optique sectionné, à qui on a rendu la vue.
En fait les cellules nerveuses du cerveau se reconstituent d’elles-mêmes. Là où le nano intervient, c’est pour leur donner l’environnement nécessaire pour qu’elles puissent le faire, se mettre à migrer et reconstituer une liaison nerveuse sur l’échafaudage de nanofibres.
Si l’on sait exploiter certaines propriétés des nanomatériaux, d’autres sont totalement inattendues, telle cette solution qui contient des nanoparticules et qui stoppe les saignements en moins de 15 secondes ! Cette découverte faite totalement par hasard est promise à un bel avenir quand on sait que 50% du temps des opérations chirurgicales d’urgence est aujourd’hui consacré à tenter d’arrêter les hémorragies et non à soigner.
Toutes ces recherches débouchent peu à peu sur la marché.
Le cabinet Lux Research estime qu’à l’horizon 2014, le chiffre d’affaires des produits issus des nanotechnologies représentera 16% des produits liés à la santé. Dans les investissements américains axés sur les nano-sciences, la part destinée aux nano-bio-technologies a déjà atteint près de 55%, avec dès à présent des produits mis sur le marché.
On trouve déjà sur les rayons des pansements anti-bactériens. Le nouveau SmartShirt System de Sensatex mesure, lui, le rythme cardiaque, la respiration ou le mouvement grâce à des vêtements dotés de nanofibres conductrices. Plus anecdotiques, les tee-shirts ou les chaussettes anti-odeurs, le téléphone LG enduit d’une couche de nanoparticules d’argent pour se protéger des bactéries, ou encore le préservatif cryptomorphic aux nanoparticules d’argent mis au point par une entreprise chinoise. Alors, à quand les vêtements capables de soigner les blessures… ? ou les vilaines rides ?
Plus fou encore, certains rêvent d’un homme aux capacités physiques et mentales améliorées. Une créature entre Steve Austin et Terminator dont le squelette ou l’architecture musculaire seraient renforcés, avec des globules rouges capables de lui faire tenir des apnées de 24 heures. Un être dont les connections neuronales seraient dopées voire interfacées avec des nano-ordinateurs et des banques de données qui le doteraient de réflexes plus rapides, d’une connaissance encyclopédique, d’une capacité de mémorisation surdimensionnée. Un homme qui vaudrait des milliards…
Charles LIEBER travaille sur ce concept qu’on appelle l’interfaçage. Dans son laboratoire au sein de la prestigieuse université de Harvard, à Boston, il nous montre un microprocesseur auquel il connecte des neurones. On peut voir sur les images de microscope des cellules connectées à des fils électriques de taille nanométrique.
Interfacer le vivant avec l’électronique, cela pose des problèmes d’éthique fondamentaux.
Comme toutes nouvelles découvertes, les nanotechnologies posent autant de questions qu’elles apportent de nouvelles solutions. Mais peut-on tout faire, tout oser ?
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4 Nanomonde et Maxitrouille
Nous sommes en 2015. Scénario catastrophe : une usine de fabrication de nanotubes de carbone a explosé en Corée du Sud libérant dans l’atmosphère des dizaines de tonnes de nanoparticules.
Ce scénario est l’un des trois scénarios d’anticipation qui sont ressortis d’une étude de dix-huit mois de l’Union Européenne sur les implications sociétales, éthiques et légales des nanosciences et nanotechnologies. Ce scénario est, bien entendu, le plus catastrophique, celui où personne ne régule quoi que ce soit.
Mais il n’est pas irréaliste.
En 2006, « magic nano » sème la panique en Allemagne.
En l’espace de trois jours, 97 consommateurs ont connu des problèmes respiratoires après avoir utilisé un de ces nouveaux produits pour sanitaires. Très vite, on pointe du doigt les nano. Au final, plus de peur que de mal. Car, de nano, le Magic Nano n’en avait que le nom !
Le bruit qu’a provoqué cette affaire est révélateur des inquiétudes, voire des dérives, que peuvent susciter les nanosciences et les nanotechnologies.
Mais la peur des nanos ne date pas d’hier.
C’est dans les années 80 que naissent les nanotechnologies, en même temps que les premières inquiétudes. C’est Eric Drexler lui même, le « pape » des nanotechnologies, qui fait rêver le monde entier en popularisant ses idées futuristes, développe parallèlement une théorie cauchemardesque : notre monde, suite à un emballement de nano-machines, se transformerait en une immense « gelée grise».
Bref, entre inconnus de l’infiniment petit, de l’invisible, et fantasmes post-futuristes ; entre le fantasme ultime de la « gelée grise » et les manipulations génétiques ; il y a toujours de quoi se faire peur.
Conséquence : au début des années 2000, le débat se focalise autour des pros et des antis.
D’un côté, les archi-contres qui craignent la destruction de l’humain, voire de l’espèce humaine, et de l’autre, les archi-pour qui prêchent la création de l’homme nouveau.
Depuis, le débat s’est élargi.
Les nanoparticules sont-elles dangereuses pour la santé ? Comment évalue-t-on leur toxicité et peut-on la mesurer ?
Quelles sont les caractéristiques propres des nanoparticules et quelles difficultés cela induit-il ?
Que se passe-t-il si l’homme ingère, respire, ou absorbe par contact avec la peau des nanoparticules ? Est-ce dangereux ? Comment fait-on pour le savoir ?
Les scientifiques, bien qu’incapables de quantifier précisément ces risques et les impacts sur la santé, s’accordent néanmoins sur l’existence réelle de ce risque.
En Europe, les industriels et les scientifiques se sont alliés au sein du réseau Nanosafe. Nanosafe a pour but de développer l’évaluation des risques et l’encadrement pour une production industrielle de nanoparticules sûre.
Au delà des problèmes immédiats de toxicité pour l’homme, il faut être tout aussi vigilant en terme de protection de l’environnement.
Exemple avec les membranes de nanofiltration pour le traitement des eaux qui sont capables d’arrêter la grande majorité des agents pathogènes : métaux toxiques, bactéries, mais aussi les virus. Pourtant la question des agrégats de déchets qui en résultent reste entière. Que deviennent ces déchets? La plupart vont rester dans le sol, et les nanoparticules seront digérées par les bactéries.
Si ces problématiques semblent bien prises en compte finalement en Europe, il n’en est pas forcément de même dans le reste du monde.
Un marché colossal est en train de se dessiner, dopé par la diversité des applications possibles des nanosciences et des nanotechnologies. Et puis il y a la pression des marchés.
L’investissement doit être rentable, et plus les investissements sont importants, plus la rentabilité doit être rapide. Les spécialistes des semi-conducteurs (Intel, Sony, Toshiba…) sont bien sûr sur le pied de guerre, mais tous les secteurs sont intéressés : Michelin étudie l'introduction de nanocharges dans ses pneus pour limiter l'usure et le bruit, Bayer veut mettre des nanotubes dans ses plastiques, et même Ikea utilise des revêtements nanotechnologiques pour ses tables de cuisine.
Les nanotechnologies risquent de bouleverser des équilibres dans notre société ; depuis le quotidien de tout un chacun jusqu’aux problématiques géostratégiques et d’économie internationale...
Si les nanotechnologies permettent d’envisager de créer sans matières premières, cela pourrait représenter un immense avantage pour certains, et une catastrophe économique pour d’autres.
Souvenez-vous de ce qui s’est passé lorsque les scientifiques ont inventé le caoutchouc de synthèse dans les années 1930. Des économies de pays entiers ont été totalement ruinées. Ce fut le cas par exemple au Brésil qui en porte encore aujourd’hui les stigmates...
Mais au-delà de cette fracture Nord – Sud, certains soulignent également l’apparition d’une fracture Sud - Sud. Car, pour reprendre le cas du Brésil, mais aussi de pays comme la Chine, l’Inde, ou le Mexique, ces pays ont acquis grâce à leur position de sous traitants ces 25 dernières années un savoir-faire technologique et une réserve de capitaux suffisants pour encourager la recherche et le développement dans leur pays. Mais tandis qu’ils se lancent dans la course technologique, d’autres comme les pays sub-sahariens et le Moyen-Orient restent définitivement en retard.
Mais le danger peut aussi venir du côté des applications potentielles.
Les puces que l’on implante aujourd’hui à nos chats et à nos chiens pourraient nous faire tomber dans le monde de Big Brother. Aujourd’hui, il s’agit d’identifier des patients Alzheimer volontaires avec des puces de première génération. Pour l’instant, elles ne font que stocker des informations. La deuxième génération, qui est en préparation, sera capable de faire interagir l’environnement du porteur de la puce en fonction des informations dont elle disposera sur son «hôte ».
Les objets qui les porteront pourront transmettre du même coup des informations sur la personne qui les possèdent. Ce qui intéresse beaucoup les spécialistes du marketing…
Les inquiétudes concernent également le domaine militaire car les nanotechnologies, peuvent être un multiplicateur de force qui décuple la rapidité et la puissance sur le champ de bataille.
La création d’armes nouvelles, croisant l’informatique, la chimie et la biologie, envahissantes et difficiles à détecter, pourrait transformer radicalement les conflits et modifier des équilibres stratégiques aujourd’hui fondés sur la logique de la dissuasion de type nucléaire. La diffusion de techniques communes au civil et au domaine militaire risque de modifier cet équilibre.
Guerre ou pas guerre, l’espèce humaine a toujours envie d’inventer, d’aller de l’avant, elle a une confiance irrésistible dans ses capacités d’innovation.
Malheureusement, sur les 10 milliards de dollars qui ont été consacrés en 2005 au niveau mondial à la recherche et au développement dans le domaine des nanosciences, seuls 40 millions l'ont été à des fins de recherche sur les effets secondaires éventuels, soit en France, par exemple, seulement 0,4 % des investissements consacrés à la nano.
Les inquiétudes sont légitimes…
L’idée d’une convention internationale d’évaluation des nouvelles technologies est intéressante. Pas de moratoire sur la recherche, on n’arrête pas la recherche. Mais un moratoire sur les applications pourrait être une bonne direction.
Des accidents se sont toujours produits, pour chaque nouvelle avancée humaine. Pas question de le cacher.
Mais alors pourquoi continuer à travailler sur les nanotechnologies ?
Tout simplement parce qu’elle peuvent sauver des millions de vies, et améliorer la vie de toute l’humanité.
Une révolution qui fera faire à l’homme un immense pas en avant.
Alors oui, des dérives sont possibles. Des dérives sont toujours possibles. Et c’est pourquoi il faut à la fois poursuivre les recherches, et, dans le même temps, avoir constamment à l’esprit les risques.
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Pour commencer...
Un nouveau monde est en train de naître…
Une révolution scientifique est en marche
Une révolution qui pourrait profondément modifier notre avenir au quotidien et dans de multiples domaines. Une révolution qui nous permet d’ores et déjà de rêver de produits plus petits, plus légers, moins chers ; qui nous promet des ordinateurs plus performants, des moyens de communication plus rapides, mais aussi des traitements médicaux plus efficaces, un environnement plus propre, un cadre de vie plus agréable…
Un monde qui vise à élaborer de nouveaux matériaux et des composants toujours plus petits, à construire « atome par atome » de nouvelles molécules et à les assembler pour exploiter des phénomènes nouveaux qui n’apparaissent qu’à l’échelle du nanomètre.
À cette échelle la matière se comporte différemment. Ici règnent les lois de la physique quantique qui défient la logique et l’imagination, celles qui permettent à une mouche de s’accrocher au plafond, à une feuille de lotus d’être imperméable, à un ordinateur de tenir dans une cuillère à soupe.
Un coup d’œil sur google ? 18 millions de pages traitent du sujet.
Pas de doute les nanotechnologies sont là.
Apple est le premier à avoir lancé la mode avec son IPOD, mais ce ne sont pas moins de 250 produits sur le marché, de la raquette de tennis aux vitres, peintures ou et même dans le dernier processeur Intel Code Duo qui équipe Pc et Macintosh.
D’où est partie cette révolution ? Que sont les nanosciences ? Comment fabrique-t-on ces nanocomposants ? A quoi servent-il ? Quelles sont les perspectives de développement ? Quelles en sont les implications scientifiques, humaines, sociales et économiques ? Pourquoi et comment les nanotechnologies vont-elles améliorer notre vie quotidienne ? Et quels sont les risques et les problèmes éthiques qu’elles soulèvent ?
Nous allons trouver les réponses à ces questions dans un voyage fantastique à travers la planète, à la rencontre de scientifiques passionnés, dont plusieurs prix Nobel. Nous serons à leur côtés, tandis qu’ils cherchent à percer les secrets de la nature en manipulant la matière à l’échelle de la molécule et de l’atome.
Nous allons parcourir les domaines de la santé, de l’énergie, de l’industrie, de la communication… car, rien ne semble pouvoir limiter les applications de cette nouvelle technologie.
Notre enquête, alliant le documentaire de voyage au documentaire scientifique, va nous plonger dans l’univers de l’infiniment petit, un univers qui nous promet de changer radicalement notre rapport au monde et au-delà, la vision que nous en avons.
Avec le premier épisode nous passons du micro monde, celui du 20ème siècle, au nanomonde, celui du 21ème siècle. Nous découvrons comment, oubliant la traditionnelle fabrication d’objets à partir de blocs de matière première est née l’idée d’assembler des objets atome par atome.
Tout a commencé avec un microscope qui savait toucher les atomes… Si l’on pouvait les toucher pourquoi ne pas les pousser et les assembler ? Et le hasard s’en est mêlé avec les première structures, les nanotubes… Des structures aux propriétés étonnantes, car à cette échelle la matière change de comportement. Au fur et à mesure de la naissance des première applications, les enjeux industriels et économiques se sont révélés, entraînant l’Europe les USA et l’Asie dans un effort impressionnant afin de maîtriser cette techno science du 21ème siècle.
Nous nous laisserons guider par les premiers découvreurs et les chercheurs les plus en pointe, dont plusieurs sont aujourd’hui « nobélisés ». En leur compagnie, nous irons jusqu’à la logique ultime des nanotechnologies qui théoriquement nous permettra d’assembler n’importe quel objet à partir d’atomes !
Avec le deuxième épisode nous apprenons comment les nanotechnologies pourraient bien changer notre vision du monde.
La fin du 20ème siècle a vu l’informatique révolutionner le travail, les loisirs et l’industrie. Avec le 21ème siècle, la compréhension des mécanismes qui interviennent au cœur de la matière nous permet d’envisager des matériaux aux propriétés nouvelles, directement copiées de la nature. Mais aussi la fabrication d’objets plus économes, plus légers, plus écologiques, plus petits, plus rapides.
Dès aujourd’hui s’annoncent des vitres et des tissus d’inspirant de la feuille du lotus pour devenir imperméable, des revêtements inrayable, d’autres « naturellement » ignifugés, d’autres durs comme le diamant, des fils deviennent aussi léger et résistants que de la toile d’araignée.
Mais la révolution est aussi en marche dans l’informatique, dans le domaine de l’énergie...
Ces applications et les perspectives fascinantes qu’elles ouvrent, nous les découvrons en compagnie des chercheurs du monde entier, parmi les plus passionnés !
Pour notre troisième voyage nous allons à la rencontre de ce que les nanos peuvent changer pour notre propre corps. Nous découvrons cette nouvelle manière de soigner qu’est la nanomédecine.
A cette échelle les médecins réussissent à cibler les zones malades.
Mais déjà ils envisagent d’amener directement là ou le corps en a besoin, les médicaments nécessaires et dans des quantités tout juste nécessaires. Les applications sont déjà visibles et spectaculaires notamment dans le domaine du traitement du cancer.
Nous rencontrerons également de nouveaux outils de diagnostic qui travaillent à l’échelle de la molécule. Ils permettent par exemple, de réaliser le travail d’analyse médical nécessaire par un « laboratoire » pas plus gros qu’une carte de crédit.
Mais, c’est avec la médecine reconstructrice que nous découvrons les perspectives étonnantes que la connaissance du vivant nous apporte : si les tritons sont capables de faire repousser un membre coupé, pourquoi pas nous ? Les premiers résultats sont déjà là, avec des souris qui ont retrouvé la vue après qu’on leur ai sectionné le nerf optique !
Après l’histoire et la découverte de perspectives fantastiques, nous ne pouvons ignorer l’inconnu vers lequel nous plongent les découvertes leurs applications, et les risques qui en résultent.
C’est le quatrième épisode.
Travailler à l’échelle de l’invisible cristallise bien des peurs, à tort et à raison. Quels sont réellement ces risques, au niveau de l’individu et de l’environnement et comment pouvons nous les évaluer ? Comment fait-on pour les mesurer ?
D’autre part, les chercheurs sont-ils conscient des dangers qu’ils nous font courir ? Quelles sont leurs réflexions en matière d’éthique ?
Cette révolution « nano » fera courir des dangers à la société, modifiant les grands équilibres économiques et faisant se profiler big brother à l’horizon…
Quelle sera, alors la place du citoyen ? Aura t-il encore son mot à dire ?
1 Du Micro au Nano
2005 Marque un tournant dans l’univers de l’informatique. Intel lance le processeur Core Duo. C’est la première fois que les circuits d’un processeur sont gravés avec la précision du nanomètre !
C’est une vraie révolution qui annonce une nouvelle manière de travailler, mais surtout, la fin de la course à la miniaturisation !
Cet attrait pour l’infiniment petit date de Démocrite, qui le premier, il y a près de 2400 ans, à imaginé que l’univers est constitué de particules minuscules et indivisibles qu’il appelle « atomos ». Mais il faut attendre le XIXème siècle et le physicien italien Avogadro pour que l’existence de ce qui devient l’atome, ne soit confirmée par l’expérience.
Et si l’on pouvait travailler à l’échelle des atomes ?
Et qui plus est, si l’on pouvait les manipuler !
Le premier à avoir évoqué cette hypothèse est un certain Richard Feynman.
Nous sommes dans les années 50… il ne le sait pas encore mais ses travaux seront, quelques années plus tard, auréolés d’un prix Nobel.
Pour l’instant, son intuition se borne à « arrêtons de chercher à réduire, construisons à partir de l’infiniment petit, à partir de l’atome ».
Oui, mais construire quoi ? Et surtout comment ?
Une première voie dans le processus s’ouvre en 1981, avec l’invention du microscope à effet tunnel ! le fameux STM. Il est capable de visualiser les atomes, mais aussi et surtout … de les déplacer.
Et si on peut déplacer les atomes, on peut créer de nouvelles structures atomiques.
Terminée alors, la démarche de l’homme qui utilise la matière existante pour créer les objets dont il avait besoin. Maintenant, on peut envisager de façonner ces mêmes objets à partir des briques même de la matière, les atomes.
Prolongeant les idées de Feynman, Eric Drexler, toujours dans les années 1980, va ajouter une intuition nouvelle. Il veut lui aussi fabriquer des objets, mais en utilisant les spécificités des comportements de la matière à l’échelle atomique.
Ces concepts prennent forme en 1985 avec la création presque par hasard d’une nouvelle structure de carbone, une structure qui n’existe pas à l’état naturel, et qui va devenir la super star des nanotechnologies. C’est le nanotube !
Les nanotubes de carbones sont intéressants du point de vue de la recherche fondamentale, mais aussi du point de vue des applications. Car, ils valident l’immense avantage de travailler à l’échelle nano, en profitant de nouvelles propriétés de la matière... On entre dans le domaine de la physique quantique !
Mais pouvons nous construire atome par atome des structures nouvelles ?
Comment faire en sachant qu’en utilisant les technologies actuelles et le microscope à effet tunnel, assembler une feuille de papier en ajoutant un million d’atomes par seconde prendrait plus de 13 milliards d’années !
C’est là qu’intervient l’une des idées les plus folles des chercheurs, une idée pourtant simple, née de l’observation de la vie. Dans le processus de croissance du vivant, les cellules se scindent en deux, puis chacune d’elles encore en deux, et très vite elles sont des millions, des milliards…
En extrapolant, pourquoi ne pas faire de même avec les nanotechnologies ?
Pourquoi ne pas créer des sortes de robots capables d’assembler d’autres robots copies d’eux-mêmes, qui travailleront simultanément, à la chaîne, pour créer, atome par atome et à grande vitesse les objets que nous désirons ?
Reprenons le parallèle avec le vivant et penchons nous sur une parcelle d’un jardin. Nous découvrons qu’il existe des « machines » aux pouvoirs étonnants... Pourrions-nous faire de même !
Comme l’araignée, pourrions nous tisser des fils plus résistants que l’acier ?
Comme la salamandre pourrions nous régénérer des tissus vivants ?
Comme la mouche pourrions nous adhérer à toutes les surfaces, dans toutes les conditions et positions ?
Pour comprendre comment cette araignée adhère à toutes les surfaces, dans n’importe quelle position, il faut regarder la structure de ses pattes : c’est un travail de biologiste. Mais comme aujourd’hui on étudie cette structure à l’échelle nanoscopique, celle des molécules, des atomes et de leurs combinaisons, c’est un travail de chimiste et de physicien qui est nécessaire en plus de la biologie.
A cette échelle, il n’y a plus de frontières entre les sciences.
Cette faculté de créer atome par atome, ce que l’on appelle le bottom up, permet de construire pratiquement sans déchets, défauts ni impuretés. Les coûts de fabrication seraient quasiment liés aux coûts de conception de ces dispositifs, un peu comme dans l’industrie contemporaine des logiciels. Mais avant de baisser les coûts, il faut financer les recherches.
Tout commence dans le bureau ovale en l’an 2000. Bill Clinton reçoit Mihail Roco, venu lui « vendre » les nanotechnologies. La rencontre devait durer 5 minutes… Elle durera une heure, avec à la clef la création de la National Nanotechnology Initiative, et un investissement de 300 milliards de dollars.
Depuis ce jour, c’est véritablement : Bienvenue dans le nanomonde.
Moins de dix ans plus tard, le plus petit objet jamais issue de la main de l’homme est une puce contenant absolument tout le savoir d’une université, tous les cours, toutes les archives, toutes les données.
Rapidement, les nanotechnologies vont devenir un enjeu stratégique, commercial et social de premier plan, et la compétition entre pays fait rage. L’Europe et le Japon ont rattrapé leur retard en terme d’investissement sur les USA et de nouveaux pays comme la Chine ou l’Inde se lancent dans la bataille.
Nous sommes, aujourd’hui, à la première phase de la révolution nano, celle des « nano structures passives ». Ce sont des applications qui ne changent pas de propriétés durant leur utilisation, comme des vitres insalissables, ou des revêtements imperméables…
Mais commence d’apparaître la seconde génération, les « nano structures actives ». Elles sont plus complexes, car elles évoluent durant leur utilisation.
Pour 2010, on nous annonce les premiers prototypes de nano systèmes, où de très nombreux nano composants inter-agissants.
Puis apparaîtront des matériaux intégrant des systèmes robotiques de surface qui transforment leurs caractéristiques et leurs propriétés. On aura également, pour l’industrie de l’électronique, des systèmes d’auto assemblage.
2015 - 2020, marquera le passage à ce que l’on appelle les « nanotechnologie moléculaire ». Ce sera le temps ou les composants des nano systèmes seront élaborés au niveau moléculaire.
En 2007, 50 000 brevets sont déposés et 231 objets contenant des nanotechnologies sont recensés.
La révolution est en marche !
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2 Des Nanos Autour De Nous
(La seul a avoir des bande noir sur les cotes)
Extrait d’une publicité pour Pilkington Glass, la première vitre autonettoyante, aux propriétés spectaculaires : quelles que soient les conditions, la vitre reste impeccablement propre. Ceci n’est pas une publicité mensongère : cette vitre ne se salit jamais grâce à un revêtement de dioxyde de titane épais d’à peine quelques nanomètres. Un gadget pour ménagère ? Pas vraiment…
Lorsque l’on parle d’un nouveau matériau, il faut bien faire la distinction entre sa surface à l’extérieur et sa structure interne. Pour le moment, on ne sait qu’agir sur la surface du matériau, en agissant sur son revêtement. C’est la phase « un » des nanotechnologies pour ce qui est de la science des matériaux. Ce qui est déjà un exploit ! Démonstration avec un tissu totalement imperméable.
En fait ce tissu s’inspire de la feuille de lotus, dont la particularité est de rester toujours au sec. On ne fait ici qu’imiter maladroitement ce que la nature réussit de façon spectaculaire…
Mais on peut aller plus loin : lorsqu’on réduit la taille de ce qui compose un matériau jusqu’à l’échelle nano, les propriétés du matériau changent, deviennent différentes.
Par exemple, un métal très épais est composé d’amas de molécules assemblées en grains. On arrive aujourd’hui à réduire la taille de ces grains, jusqu’à une dizaine de nanomètres de diamètre. Et plus on réduit la taille de ces grains qui composent le métal, plus ce métal va être résistant.
On a donc un nouveau matériau merveilleux, aux propriétés exceptionnelles !
Un autre exemple concerne cette fois les fibres textiles : imaginez un tissu synthétique combinant deux propriétés antagonistes en étant à la fois solide et étirable… Pour réaliser cette prouesse, des chercheurs du MIT se sont inspirés d’une toile d’araignée. Au microscope on voit que chaque fil intègre des cristaux nanoscopiques. Ce sont eux qui donnent à la toile sa solidité, par la façon dont ils sont disposés et adhèrent au polymère.
Ça a l’air tout simple… Mais pour reproduire en laboratoire cette merveille de la nature, il a fallu des années de travail. Le nano composite créé combine finalement de petits disques d’argile mesurant environ 1 nanomètre d’épaisseur pour 25 nanomètres de diamètre, qui sont dispersés sur un polymère étirable.
Ça peut sembler trivial et dérisoire, mais avec certains textiles nano structurés, plus besoin de laver ou de repasser une chemise aussi souvent. Au final, on économise beaucoup de temps, et surtout beaucoup d’énergie. On utilise moins d’eau, moins de détergents, et du coup, il y a moins de déchets, et moins de pollution.
Mais allons encore plus loin, car ces fibres textiles peuvent aussi contenir des nano particules encapsulées qui seront relâchées, selon les besoins, à doses nanoscopiques parfaitement ajustées. On peut imaginer des vêtements qui vont diffuser directement des nutriments ou même des médicaments! L’industrie agro-alimentaire et les laboratoires pharmaceutiques suivent à loupe ces possibles débouchés...
Evidemment l’armée n’est pas la dernière à investir dans la recherche de ces nouveaux matériaux. On s’intéresse de très près aux ajouts que l’on pourrait faire aux uniformes classiques : des uniformes capables de détecter des produits chimiques ou bactériologiques, d’absorber l’énergie afin de diminuer l’impact d’une explosion ou encore de résister aux balles.
Et parmi les bataillons de nano objets dont disposent les militaires pour inventer les équipements high-tech les plus performants, les nanotubes de carbone sont en première ligne.
Ça fait plus de 15 ans qu’on a découvert les nanotubes de carbones, et pourtant on est encore loin d’avoir bien saisi tout leur potentiel. Imaginez : le nanotube peut être conducteur ou semi-conducteur, il est 6 fois plus léger que l’acier tout en étant presque 200 fois plus résistant, on peut le plier, ou l’enrouler en plusieurs « feuillets », ce qui change encore ses propriétés, et, puisqu’il est creux, il peut servir de récipient qu’on peut emplir d’un autre composé chimique… En bref, le nanotube possède d’incroyables propriétés chimiques, optiques, et électriques. Tout cela est extraordinaire, on n'avait jamais vu ça.
Les applications de ces nanotubes se profilent en médecine, dans l’aérospatial ou encore en électronique : dans ces domaines, la régularité de leur fabrication est la clef pour rationaliser leur emploi et de tirer le meilleur parti de leurs caractéristiques, qu’il s’agisse de leur exceptionnelle conductivité, de leur forme creuse, ou de leur résistance.
Voici un exemple avec cette une pile étonnante qui ressemble à un simple morceau de papier noir. La prochaine étape sera de produire « la pile en papier » massivement et à faible coût, en l’imprimant grâce à des rotatives, comme les journaux quotidiens.
La pile à nanotubes, ultra légère, silencieuse et non polluante pourra dès lors, pourquoi pas, être idéale pour faire fonctionner les bateaux, les avions ou les voitures…
Stocker de l’énergie c’est bien, l’économiser, c’est encore mieux ! Voici les OLEDs qui vont bouleverser tous les types d’afficheurs, qu’il s’agisse d’un écran de télé, d’ordinateur, ou de téléphone…
Une idée lumineuse… mais comment ça marche exactement ? C’est bête comme choux. Ou plutôt comme cornichon. Petite incursion dans la physiologie du cornichon, et démonstration du principe de fabrication des OLED.
Bientôt, ces OLED pourront servir comme murs de lumière, ou encore rendre les vêtements lumineux, mais bon…
Peu importe les gadgets, l’intérêt principal est ailleurs : ce qui compte le plus, c’est que ces diodes coûtent moins cher à fabriquer et qu’elles fonctionnent avec beaucoup moins d’électricité que nos systèmes d’affichages lumineux actuels. Le résultat, c’est qu’en utilisant des OLED, on est gagnant sur tous les tableaux : on obtient des produits de meilleure qualité à plus bas coût tout en consommant moins !
À nouveau, économiser de l’énergie c’est bien, en produire c’est encore mieux : là aussi les nanotechnologies sont à l’œuvre avec ces cellules photovoltaïques qui se trouvent sur des films aussi fins que possible, d’une épaisseur d’à peine quelques nanomètres !
Les possibilités sont immenses, et touchent le monde entier. Ces cellules peuvent aussi bien fournir de l’énergie pour faire fonctionner la pompe d’un puits dans un pays en développement que pour alimenter n’importe quel équipement électronique, comme un ordinateur, ou un téléphone portable. Plus besoin de le brancher sur une prise : le téléphone se recharge grâce à la lumière ambiante, ou grâce au soleil.
Un des scénarios pour le futur, c’est que ces cellules photovoltaïques ne seront pas simplement posées sur les toits, mais seront un jour directement intégrés dans les matériaux de constructions eux-mêmes, à l’intérieur des tuiles sur le toit par exemple. Des villes comme des plantes, se nourrissant du soleil par photosynthèse… C’est un beau rêve, non ?
Autre prouesse fondamentale mais invisible : la fabrication de ces cellules photovoltaïques. Le travail à l’échelle nano repose sur l’auto assemblage. Le matériau n’est pas « fabriqué », au sens classique, mais s’assemble (presque) tout seul : on choisi puis on mélange deux ingrédients, qui vont s’auto assembler pour former un réseau nanométrique capable d’absorber l’énergie lumineuse et de séparer sa charge positive de sa charge négative. On choisi les ingrédients, et le reste se fait tout seul !
Et c’est là le point le plus important, le défi le plus grand pour les nanotechnologies dans les années qui viennent. L’auto assemblage. L’auto assemblage, c’est le Graal, pour tous les chercheurs qui travaillent dans les nanotechnologies.
Imaginez : si l’on voulait, aujourd’hui, fabriquer une simple feuille de papier machine atome par atome, avec les outils dont nous disposons, on mettrait 13 milliards d’années ! L’âge de l’univers, pour une simple feuille !
C’est inenvisageable, bien entendu. Ce qu’il nous faut, c’est l’auto assemblage.
Cela veut dire qu’il nous faut trouver une façon intelligente, comme le fait la biologie constamment, de mettre en route un processus qui ordonne aux molécules « organisez-vous! ». Les nanotechnologies sont un outil, pas une fin en soi. Et ce qu’on fait aujourd’hui est tellement primitif, comparé à ce que fait la nature. On est loin d’arriver à faire ce que fait la photosynthèse, qui permet à une plante de transformer la lumière venant du ciel en énergie avec tellement d’efficacité…
En réalité, plus on progresse grâce à la technologie, plus on admire la nature !
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3 Des Nanos en nous
Les nanos sont partout ! Pas seulement AUTOUR de nous mais A L’INTÉRIEUR de nous…Notre voyage dans le nanomonde se poursuit jusque dans l’intimité de notre corps.
Nous voici cette fois à Berlin... A l’Hôpital de la Charité, vénérable institution de la capitale allemande, qui est à la pointe des traitements de lutte contre le cancer, grâce aux nano bio-technologies. Ici, le professeur Andreas JORDAN développe des traitements révolutionnaires contre le cancer. Il en est aux derniers tests avant la mise sur le marché.
Dans cette seringue, une solution qui contient des nanoparticules, des cristaux de 7 nanomètres d’oxyde de fer recouvert d’un film de lipides pour le rendre biocompatible. Ces particules sont injectées directement dans la tumeur du patient, qui, une heure plus tard. Soumises à un champ magnétique ces particules vont s’échauffer et détruire la tumeur.
Les nanoparticules sont, dans le cas du Professeur JORDAN, utilisées pour traiter, mais elles peuvent également être utilisées simplement pour mieux « voir ».
Par exemple, pour trouver dans une cellule une molécule ou un gène porteur d’une pathologie, on envoie à son contact, un marqueur enrobé d’un nano composant capable de se fixer sur cette molécule. Si le composant reconnaît la molécule, il vient s’y fixer et relâche le marqueur qui devient visible et est immédiatement identifié lors d’analyse. Le diagnostic est fait !
C’est en suivant ce principe que, dans les années 1990, les chercheurs réussissent à accomplir une tâche immense : décoder le génome humain. Pour automatiser une partie de ce travail, ils inventent les puces à ADN.
Sur une surface comme du verre, du silicium ou bien encore du plastique, ils ont fixé un ensemble de brins d'ADN modifiés qui permettent de visualiser les gènes dans une cellule. C’était la première étape vers un laboratoire à l’échelle d’une puce électronique : les « Labs on Chips ». Aujourdh’ui, avec le passage à l’échelle nano, le but ultime de ces laboratoires miniatures est d’être capable d’effectuer des diagnostics de pathologies, immédiatement, n’importe où, et avec une simple goutte de sang.
Les premiers Labs on Chips sont opérationnels mais leur utilisation est, pour l’instant réservée aux scientifiques. Mais une fois les problèmes résolus, les perspectives sont étonnantes. Pourquoi pas des puces capables d’identifier mais aussi de traiter directement une maladie ? Et pourquoi pas des puces in Vivo et non plus in Vitro ?
Mais tout cela reste de la science-fiction...
Revenons à la réalité. Dans le travail de Jordan, si la première étape est bien d’identifier les cellules cancéreuses, la deuxième étape est de les détruire sélectivement. C’est grâce à des nanoparticules qu’il réussit à trouver une solution à ce problème et concrétiser ainsi 15 ans de recherches.
Sur les 16 patients du programme de recherche les résultats sont éloquents : alors qu’on leur donnait trois mois à vivre, treize ont déjà gagné six mois de vie en plus. Pour les deux autres, le bonus est d’un an et demi. Le 16ème vient de fêter sa deuxième année de rémission. Mais les avantages de ce traitement sont aussi mesurables en terme économique. Le traitement coûte beaucoup moins cher que les thérapies habituelles.
L’argent est plus que jamais le nerf de la guerre contre le cancer et pas seulement à Berlin… La compétition fait rage d’un continent à l’autre, d’un pays à l’autre mais aussi entre laboratoires...
Et il reste encore du chemin avant d’exploiter pleinement les promesses des nanoparticules : aujourd’hui, il faut encore injecter directement la solution contenant les nanoparticules dans la tumeur. Un long et minutieux travail préparatoire. Certaines tumeurs restent du coup encore inaccessibles, trop petites, trop grosses, trop enfouies... impossibles à atteindre.
Alors voici la prochaine étape à laquelle l’équipe de Jordan, et beaucoup d’autres chercheurs dans le monde, travaillent : fonctionnaliser les nanoparticules, c’est à dire faire en sorte qu’injectées dans le sang, elles soient capable de trouver seules leur chemin jusqu’à la tumeur et de s’y fixer.
C’est donc une révolution des modes d’administration des traitements que les nanobiotechnologies nous promettent. Les principes actifs seraient par exemple encapsulés dans des nanostructures, afin de n’êtres relâchés qu’à proximité de la cellule à traiter ou du virus à attaquer. Du coup au lieu de délivrer massivement dans le corps une molécule afin d’être sûr que dans le flot le problème identifié soit traité, on peut directement délivrer la dose précise sur le mal. Moins de médicament nécessaire, moins de gâchis, moins de contre-indication, mais aussi moins de m2 d’usine nécessaire pour produire la formule chimique.
Et puisque l’on travaille à l’échelle des briques de la vie, pourquoi ne pas envisager carrément la régénération d’organes ? Pourquoi ne pas réactiver ou stimuler la croissance des tissus perdus ? Les tritons ou les salamandres sont capables de le faire… pourquoi pas nous ?
Certains laboratoires travaillent sur la croissance des tissus comme la peau, mais d’autres vont encore plus loin et le plus spectaculaire est certainement ces souris aveugles, au nerf optique sectionné, à qui on a rendu la vue.
En fait les cellules nerveuses du cerveau se reconstituent d’elles-mêmes. Là où le nano intervient, c’est pour leur donner l’environnement nécessaire pour qu’elles puissent le faire, se mettre à migrer et reconstituer une liaison nerveuse sur l’échafaudage de nanofibres.
Si l’on sait exploiter certaines propriétés des nanomatériaux, d’autres sont totalement inattendues, telle cette solution qui contient des nanoparticules et qui stoppe les saignements en moins de 15 secondes ! Cette découverte faite totalement par hasard est promise à un bel avenir quand on sait que 50% du temps des opérations chirurgicales d’urgence est aujourd’hui consacré à tenter d’arrêter les hémorragies et non à soigner.
Toutes ces recherches débouchent peu à peu sur la marché.
Le cabinet Lux Research estime qu’à l’horizon 2014, le chiffre d’affaires des produits issus des nanotechnologies représentera 16% des produits liés à la santé. Dans les investissements américains axés sur les nano-sciences, la part destinée aux nano-bio-technologies a déjà atteint près de 55%, avec dès à présent des produits mis sur le marché.
On trouve déjà sur les rayons des pansements anti-bactériens. Le nouveau SmartShirt System de Sensatex mesure, lui, le rythme cardiaque, la respiration ou le mouvement grâce à des vêtements dotés de nanofibres conductrices. Plus anecdotiques, les tee-shirts ou les chaussettes anti-odeurs, le téléphone LG enduit d’une couche de nanoparticules d’argent pour se protéger des bactéries, ou encore le préservatif cryptomorphic aux nanoparticules d’argent mis au point par une entreprise chinoise. Alors, à quand les vêtements capables de soigner les blessures… ? ou les vilaines rides ?
Plus fou encore, certains rêvent d’un homme aux capacités physiques et mentales améliorées. Une créature entre Steve Austin et Terminator dont le squelette ou l’architecture musculaire seraient renforcés, avec des globules rouges capables de lui faire tenir des apnées de 24 heures. Un être dont les connections neuronales seraient dopées voire interfacées avec des nano-ordinateurs et des banques de données qui le doteraient de réflexes plus rapides, d’une connaissance encyclopédique, d’une capacité de mémorisation surdimensionnée. Un homme qui vaudrait des milliards…
Charles LIEBER travaille sur ce concept qu’on appelle l’interfaçage. Dans son laboratoire au sein de la prestigieuse université de Harvard, à Boston, il nous montre un microprocesseur auquel il connecte des neurones. On peut voir sur les images de microscope des cellules connectées à des fils électriques de taille nanométrique.
Interfacer le vivant avec l’électronique, cela pose des problèmes d’éthique fondamentaux.
Comme toutes nouvelles découvertes, les nanotechnologies posent autant de questions qu’elles apportent de nouvelles solutions. Mais peut-on tout faire, tout oser ?
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4 Nanomonde et Maxitrouille
Nous sommes en 2015. Scénario catastrophe : une usine de fabrication de nanotubes de carbone a explosé en Corée du Sud libérant dans l’atmosphère des dizaines de tonnes de nanoparticules.
Ce scénario est l’un des trois scénarios d’anticipation qui sont ressortis d’une étude de dix-huit mois de l’Union Européenne sur les implications sociétales, éthiques et légales des nanosciences et nanotechnologies. Ce scénario est, bien entendu, le plus catastrophique, celui où personne ne régule quoi que ce soit.
Mais il n’est pas irréaliste.
En 2006, « magic nano » sème la panique en Allemagne.
En l’espace de trois jours, 97 consommateurs ont connu des problèmes respiratoires après avoir utilisé un de ces nouveaux produits pour sanitaires. Très vite, on pointe du doigt les nano. Au final, plus de peur que de mal. Car, de nano, le Magic Nano n’en avait que le nom !
Le bruit qu’a provoqué cette affaire est révélateur des inquiétudes, voire des dérives, que peuvent susciter les nanosciences et les nanotechnologies.
Mais la peur des nanos ne date pas d’hier.
C’est dans les années 80 que naissent les nanotechnologies, en même temps que les premières inquiétudes. C’est Eric Drexler lui même, le « pape » des nanotechnologies, qui fait rêver le monde entier en popularisant ses idées futuristes, développe parallèlement une théorie cauchemardesque : notre monde, suite à un emballement de nano-machines, se transformerait en une immense « gelée grise».
Bref, entre inconnus de l’infiniment petit, de l’invisible, et fantasmes post-futuristes ; entre le fantasme ultime de la « gelée grise » et les manipulations génétiques ; il y a toujours de quoi se faire peur.
Conséquence : au début des années 2000, le débat se focalise autour des pros et des antis.
D’un côté, les archi-contres qui craignent la destruction de l’humain, voire de l’espèce humaine, et de l’autre, les archi-pour qui prêchent la création de l’homme nouveau.
Depuis, le débat s’est élargi.
Les nanoparticules sont-elles dangereuses pour la santé ? Comment évalue-t-on leur toxicité et peut-on la mesurer ?
Quelles sont les caractéristiques propres des nanoparticules et quelles difficultés cela induit-il ?
Que se passe-t-il si l’homme ingère, respire, ou absorbe par contact avec la peau des nanoparticules ? Est-ce dangereux ? Comment fait-on pour le savoir ?
Les scientifiques, bien qu’incapables de quantifier précisément ces risques et les impacts sur la santé, s’accordent néanmoins sur l’existence réelle de ce risque.
En Europe, les industriels et les scientifiques se sont alliés au sein du réseau Nanosafe. Nanosafe a pour but de développer l’évaluation des risques et l’encadrement pour une production industrielle de nanoparticules sûre.
Au delà des problèmes immédiats de toxicité pour l’homme, il faut être tout aussi vigilant en terme de protection de l’environnement.
Exemple avec les membranes de nanofiltration pour le traitement des eaux qui sont capables d’arrêter la grande majorité des agents pathogènes : métaux toxiques, bactéries, mais aussi les virus. Pourtant la question des agrégats de déchets qui en résultent reste entière. Que deviennent ces déchets? La plupart vont rester dans le sol, et les nanoparticules seront digérées par les bactéries.
Si ces problématiques semblent bien prises en compte finalement en Europe, il n’en est pas forcément de même dans le reste du monde.
Un marché colossal est en train de se dessiner, dopé par la diversité des applications possibles des nanosciences et des nanotechnologies. Et puis il y a la pression des marchés.
L’investissement doit être rentable, et plus les investissements sont importants, plus la rentabilité doit être rapide. Les spécialistes des semi-conducteurs (Intel, Sony, Toshiba…) sont bien sûr sur le pied de guerre, mais tous les secteurs sont intéressés : Michelin étudie l'introduction de nanocharges dans ses pneus pour limiter l'usure et le bruit, Bayer veut mettre des nanotubes dans ses plastiques, et même Ikea utilise des revêtements nanotechnologiques pour ses tables de cuisine.
Les nanotechnologies risquent de bouleverser des équilibres dans notre société ; depuis le quotidien de tout un chacun jusqu’aux problématiques géostratégiques et d’économie internationale...
Si les nanotechnologies permettent d’envisager de créer sans matières premières, cela pourrait représenter un immense avantage pour certains, et une catastrophe économique pour d’autres.
Souvenez-vous de ce qui s’est passé lorsque les scientifiques ont inventé le caoutchouc de synthèse dans les années 1930. Des économies de pays entiers ont été totalement ruinées. Ce fut le cas par exemple au Brésil qui en porte encore aujourd’hui les stigmates...
Mais au-delà de cette fracture Nord – Sud, certains soulignent également l’apparition d’une fracture Sud - Sud. Car, pour reprendre le cas du Brésil, mais aussi de pays comme la Chine, l’Inde, ou le Mexique, ces pays ont acquis grâce à leur position de sous traitants ces 25 dernières années un savoir-faire technologique et une réserve de capitaux suffisants pour encourager la recherche et le développement dans leur pays. Mais tandis qu’ils se lancent dans la course technologique, d’autres comme les pays sub-sahariens et le Moyen-Orient restent définitivement en retard.
Mais le danger peut aussi venir du côté des applications potentielles.
Les puces que l’on implante aujourd’hui à nos chats et à nos chiens pourraient nous faire tomber dans le monde de Big Brother. Aujourd’hui, il s’agit d’identifier des patients Alzheimer volontaires avec des puces de première génération. Pour l’instant, elles ne font que stocker des informations. La deuxième génération, qui est en préparation, sera capable de faire interagir l’environnement du porteur de la puce en fonction des informations dont elle disposera sur son «hôte ».
Les objets qui les porteront pourront transmettre du même coup des informations sur la personne qui les possèdent. Ce qui intéresse beaucoup les spécialistes du marketing…
Les inquiétudes concernent également le domaine militaire car les nanotechnologies, peuvent être un multiplicateur de force qui décuple la rapidité et la puissance sur le champ de bataille.
La création d’armes nouvelles, croisant l’informatique, la chimie et la biologie, envahissantes et difficiles à détecter, pourrait transformer radicalement les conflits et modifier des équilibres stratégiques aujourd’hui fondés sur la logique de la dissuasion de type nucléaire. La diffusion de techniques communes au civil et au domaine militaire risque de modifier cet équilibre.
Guerre ou pas guerre, l’espèce humaine a toujours envie d’inventer, d’aller de l’avant, elle a une confiance irrésistible dans ses capacités d’innovation.
Malheureusement, sur les 10 milliards de dollars qui ont été consacrés en 2005 au niveau mondial à la recherche et au développement dans le domaine des nanosciences, seuls 40 millions l'ont été à des fins de recherche sur les effets secondaires éventuels, soit en France, par exemple, seulement 0,4 % des investissements consacrés à la nano.
Les inquiétudes sont légitimes…
L’idée d’une convention internationale d’évaluation des nouvelles technologies est intéressante. Pas de moratoire sur la recherche, on n’arrête pas la recherche. Mais un moratoire sur les applications pourrait être une bonne direction.
Des accidents se sont toujours produits, pour chaque nouvelle avancée humaine. Pas question de le cacher.
Mais alors pourquoi continuer à travailler sur les nanotechnologies ?
Tout simplement parce qu’elle peuvent sauver des millions de vies, et améliorer la vie de toute l’humanité.
Une révolution qui fera faire à l’homme un immense pas en avant.
Alors oui, des dérives sont possibles. Des dérives sont toujours possibles. Et c’est pourquoi il faut à la fois poursuivre les recherches, et, dans le même temps, avoir constamment à l’esprit les risques.
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