Prodigieusement minuscules

Les nanotechnologies au cœur du réseau d'excellence Fame

 

Derrière l'appellation "Fame" se cache un projet inédit d'une grande ambition : créer une vaste structure regroupant les meilleurs chercheurs européens dans le domaine des matériaux multifonctionnels - ou "intelligents" -, ceux-là mêmes qui, par leur capacité à jouer un rôle actif au sein des dispositifs miniaturisés, permettent la conception d'objets devenus indispensables à notre quotidien (gsm, microprocesseurs, lecteurs CD ou DVD, etc.), voire à notre survie (stimulateur cardiaque, instruments d'imagerie médicale, etc.).

Fondamentale recherche

Le réseau mis sur pied en octobre dernier implique actuellement sept pays (France, Belgique, Allemagne, Espagne, Royaume-Uni, Portugal et Israël) et 18 institutions partenaires (190 chercheurs et 60 doctorants), dont les universités de Liège et de Louvain. Son objectif est de favoriser la mobilité accrue des chercheurs ainsi que la mise en commun des moyens techniques et des connaissances, pour une recherche transdisciplinaire allant de l'échelle nanoscopique à l'échelle macroscopique.

Philippe Ghosez, chargé de cours au sein de l'unité de physique des matériaux du département de physique, est le coordinateur belge de ce réseau d'excellence, lancé officiellement par le Pr Jean Etourneau de l'université de Bordeaux le 1er octobre dernier dans notre Alma mater. " L'étude et l'ingénierie des matériaux multifonctionnels à l'échelle nanométrique est un domaine de recherche tout à fait vital dans notre société où la technologie occupe une place prépondérante dans le domaine de la santé ou des télécommunications notamment ", explique Philippe Ghosez. L'ULg jouera un rôle moteur au sein de "Fame" en assurant la coordination de différentes tâches, tant de recherche, comme la théorie et la modélisation (Philippe Ghosez et Françoise Remacle), que de gestion de cette recherche, comme l'organisation de l'accès aux grands instruments (Pr Jean-Pierre Gaspard) ou la prise en charge des problèmes de propriété intellectuelle (Pr Edwin De Pauw).

L'objectif principal de "Fame" est de créer de nouveaux matériaux pour de nouveaux besoins en intégrant deux communautés de chercheurs - celle des matériaux "hybrides"combinant à l'échelle nanoscopique des parties organiques et inorganiques, et celle des matériaux "céramiques" -, communautés qui, habituellement, ne travaillaient pas ensemble et étaient trop dispersées pour devenir réellement compétitives à l'échelle internationale. " Une des ambitions de "Fame", annonce le Pr Jean Etourneau, est de mettre en place une "école de pensée" dans le domaine des matériaux multifonctionnels pour créer de nouvelles équipes de taille critique associant chimistes, physiciens, biologistes, aussi bien théoriciens qu'expérimentateurs ou ingénieurs. Nous espérons découvrir de nouveaux matériaux aux propriétés inédites pouvant conduire à la miniaturisation des systèmes, à l'utilisation rationnelle des matières premières et de l'énergie à mettre en œuvre pour réaliser les diverses opérations. "

Le réseau souhaite également former des scientifiques avec un profil pluridisciplinaire en chimie, physique, biologie et science des matériaux à travers un parcours européen. Dans ce but, un cursus spécialisé sera mis en place et permettra aux meilleurs étudiants européens de suivre une formation pluridisciplinaire de pointe (master, doctorat et post-doctorat) en science des matériaux et surtout de fréquenter des laboratoires de réputation mondiale. Le label "Fame" constituera sans aucun doute une valeur ajoutée à leur diplôme.

Photo: J-Y Rathy

A l'échelle du nanomètre - un millionième de millimètre - , un matériau ne compte que quelques centaines d'atomes

 

Institut européen

Un autre objectif sera de constituer d'ici 2008 un institut européen sur les matériaux multifonctionnels. " Un tel défi nécessitera un engagement fort et stratégique des institutions impliquées, explique Jean Etourneau, mais aussi d'une multitude d'autres acteurs qui travailleront à la gestion du réseau. Votre Recteur a d'ores et déjà émis l'éventualité d'une future collaboration avec les juristes de l'université de Liège. Un tel réseau aura évidemment besoin d'un cadre juridique inédit pour répondre à différents problèmes de propriété intellectuelle, notamment en ce qui concerne les brevets. "

En espérant que les forces d'inertie propres à la nature humaine ne freineront pas ces élans initiaux, le prochain rendez-vous est fixé en 2008, date à laquelle la réalisation du réseau devrait être achevée et servir d'exemple à d'autres domaines de la recherche.

 

Hugues Demeuse

 

Les nanotechnologies au quotidien

Biocop, projet intégré européen, vient de naître au sein du Centre d'analyse des résidus en traces (Cart) de l'ULg. Le laboratoire est partenaire d'un ensemble d'une vingtaine de laboratoires dont certains appartenant à des sociétés importantes. Son but ? Fabriquer des biosenseurs capables de détecter la présence de substances illégales ou toxiques dans la chaîne alimentaire (antibiotiques, pesticides, toxines, etc.).

Biosenseur ?

Un senseur est un dispositif capable de convertir un changement de son environnement physico-chimique en un signal détectable (électrique, magnétique, optique et/ou mécanique). Structure hybride composée d'une partie organique et d'un support pouvant être un film ou un ensemble de nanoparticules inorganiques (transducteurs), le senseur a la capacité d'émettre un signal si sa partie extérieure se trouve en présence de la substance à analyser. Dans le cas des biosenseurs, on greffe au support un système de reconnaissance moléculaire, copié sur les systèmes biologiques (protéine, DNA, etc.), permettant d'accrocher spécifiquement l'élément à analyser. La capture de cet élément constitue la perturbation qui va induire la réponse, que l'on souhaite proportionnelle, à la quantité de composé capturé. Le but est donc que le biosenseur permette un dosage simple et rapide.

" Les applications des biosenseurs sont multiples, explique Edwin De Pauw, directeur du Cart, responsable dans le projet Biocop du développement des éléments de capture. Si on désire vérifier la présence d'une série de substances dans le sang d'une personne ou d'un animal, ou détecter la présence de composés toxiques dans des denrées alimentaires ou dans l'environnement, on dépose une goutte d'échantillon sur une plaque composée de plusieurs senseurs qui capturent chacun spécifiquement un composé. On obtient de façon presque instantanée une réponse pour les différentes molécules. Cette réponse permet de décider rapidement, par exemple, le blocage d'aliments contaminés, dans l'attente d'une confirmation par des méthodes plus précises mais plus lentes. "

La création d'un biosenseur nécessite donc la concentration d'une multitude de compétences réunies à Liège. " Physiciens et chimistes doivent s'associer pour concevoir des structures hybrides intégrant, à l'échelle nanométrique, différentes parties telles que des matériaux inorganiques (nanoparticules isolées, céramiques, films minces, etc.) et/ou des composantes organiques (monomères, polymères, biopolymère, etc.) ", explique Edwin De Pauw, également promoteur du projet "Nomade", financé cette fois par la Région wallonne, un programme interuniversitaire portant sur les nanoparticules pour les détections optique et magnétique, en collaboration avec l'ULB et l'université de Mons.

Françoise Remacle et Philippe Ghosez combinent leurs expertises respectives de chimiste et de physicien en vue de réaliser la modélisation à l'échelle atomique des structures hybrides à la base des biosenseurs. Le groupe du Pr Robert Jérôme s'occupe de la synthèse des matériaux. Jacques Delwiche, chargé de cours au département de chimie, et Fernande Grandjean, professeur au département de physique, réalisent la caractérisation magnétique. Enfin, le groupe d'Edwin De Pauw réalise la détection au sein du Cart. Ce centre vient de recevoir 1,1 million d'euros de la Région wallonne pour s'équiper de spectromètres de masse de la toute dernière génération. " L'ULg possèdera une plate-forme complète grâce à une série d'équipements formant un ensemble unique en Europe qui servira dans tous les projets décrits précédemment ", assure Edwin De Pauw.

Convergence des connaissances

Ces différents projets illustrent la nécessité de structurer des équipes pluridisciplinaires comme cela est ambitionné dans "Fame". Ils mettent également en exergue le rôle croissant joué par la théorie et la modélisation - hélas trop fréquemment oublié - là où les inventions échappent désormais, par leur taille, à la vision humaine. Notons que les expertises liégeoises en la matière dépassent largement le cadre des biosenseurs et sont également reconnues dans le domaine de l'électronique. Ainsi, dans un récent article de la revue Nature, Philippe Ghosez étudiait le comportement de films d'oxydes ferroélectriques d'épaisseur nanométrique, destinés à la fabrication de mémoires permanentes pour ordinateurs. Françoise Remacle, maître de recherche au FNRS, étudie, quant à elle, les applications des hybrides à la logique moléculaire, notamment dans le cadre du projet européen "Moldyn Logic" dont elle est la coordinatrice.

Photos: Chris Ewels