Une nanocar dessinée par l’université Rice. © Tour Group, Rice University

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Nanocar Race : les molécules-voitures prêtes pour la course !

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CNRS

Les 28 et 29 avril prochains se déroulera à Toulouse la première course internationale de « nanocars ». Durant les 36 heures de cette compétition, les molécules-voitures devront parcourir une piste en atomes d'or de 100 nanomètres de long. Au-delà de la compétition, ce défi scientifique et technologique organisé par le CNRS entend faire progresser la recherche dans l'utilisation des molécules-machines, capables de rendre de nombreux services.

Plus qu'une compétition, la Nanocar Race est une expérience scientifique internationale, menée en temps réel, pour tester les performances de molécules-machines et des instruments scientifiques capables de les contrôler. Les années futures verront certainement nombre de ces machineries moléculaires, activées une par une ou de manière synchronisée, s'approcher de notre quotidien : construction atome par atome de circuits électroniques, déconstruction atome par atome des déchets industriels et captation d'énergie...

Cette compétition est ainsi une occasion unique pour les chercheurs de mettre en œuvre des techniques de pointe pour observer plusieurs de ces nanomachines en même temps et pour les manœuvrer de manière indépendante.

L'expérience a commencé en 2013, lors d'un travail de synthèse sur les recherches concernant les nanomachines pour une revue scientifique : l'idée d'une course automobile germe alors dans l'esprit de Christian Joachim, directeur de recherche CNRS (aujourd'hui directeur de la course) et de Gwénaël Rapenne, professeur de chimie à l'université Toulouse III - Paul Sabatier. Trois ans plus tard, les nanocars sont opérationnelles et prêtes à s'affronter sur la surface d'or du circuit.

Qu’est-ce que la Nanocar Race ? Présentation de la compétition qui se déroulera les 28 et 29 avril prochains. Vous pourrez vivre l’événement en direct sur NanoCar-Race.cnrs.fr et sa chaîne YouTube. © CNRS

Comment faire courir des molécules-voitures ?

Du choix de la piste, qui doit supporter tous les modèles de molécules-voitures, à l'adaptation du microscope à effet tunnel, les difficultés n'ont pas manqué pour organiser cette course unique au monde. De leur côté, les équipes ont dû réussir de multiples innovations — dépôt et visualisation des molécules sous le microscope — et remplir de nombreux critères — structure et mode de propulsion de la molécule. Ainsi, des neuf équipes qui ont postulé jusqu'à fin mai 2016, six ont été sélectionnées et quatre seulement s'aligneront sur la ligne de départ du microscope à quatre pointes, le 28 avril 2017 à Toulouse, pour 36 heures de course.

Toutes les défis auxquels répondront les chercheurs durant cette course seront autant de nouveaux pas vers des domaines inédits de la chimie et de la physique. Chaque équipe repartira ainsi avec de nouvelles compétences, de nouvelles données et de nouveaux savoir-faire.

On peut ains espérer développer, par exemple, la chimie en surface (qui permet des synthèses chimiques directement sur une surface propre) ou une nouvelle science des surfaces, dites membranaire, qui pourrait permettre de déposer une molécule-machine sur une cellule ou de contrôler le mouvement d'une seule molécule dans un liquide.

Autour du microscope du Cemes (CNRS), quatre personnes peuvent travailler sur une même surface. Ce dessin est extrait de la B.D. de Jean-Yves Duhoo présentant la NanoCar Race. © CNRS, Jean-Yves Duhoo

La Nanocar Race ouvre sur une « atome-technologie »

Le microscope du Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Cemes) du CNRS est le seul au monde à permettre à quatre expérimentateurs distincts de travailler sur une même surface. Le développement de tels microscopes multipointe permettra de synchroniser un grand nombre de molécules-machines afin d'en démultiplier la puissance, pour le stockage ou la captation d'énergie à partir d'une surface métallique chaude par exemple. Il s'agit ici des premiers pas d'une véritable « atome-technologie ».

Une conférence de presse sera organisée à Paris, au siège du CNRS, le 4 avril prochain. Si vous souhaitez assister à la course à Toulouse, le 28 et le 29 avril, vous pourrez rencontrer les équipes et découvrir la salle de contrôle d'où les pilotes manœuvreront les nanocars. Cependant, la salle blanche, où se situe le microscope à quatre pointes du Cemes, sera inaccessible afin de ne pas perturber l'épreuve.

La course sera retransmise en direct sur la chaîne YouTube Nanocar Race.

Pour en savoir plus

La première course internationale de molécules-voitures se prépare

Article du CNRS publié le 26/11/2015

La première course internationale de molécules-voitures se prépare à Toulouse, ce 27 novembre : cinq équipes présenteront leur prototype de véhicule. Ces engins de quelques nanomètres de longueur et propulsés grâce à un courant électrique s'affronteront en octobre 2016 avant de participer à la première NanoCar Race.

Positionnées sur la ligne de départ, face à un circuit construit atome par atome sur une surface d'or, les « nanocars », qui ne font que quelques nanomètres de longueur, seront prêtes à démarrer, activées par de brèves impulsions électriques. Comme lors d'une course de Formule 1, chaque équipe devra parcourir le plus vite possible le circuit, depuis les deux atomes représentant le départ jusqu'aux deux atomes d'arrivée.

Cette course microscopique a été imaginée par Christian Joachim, directeur de recherche CNRS, et Gwénaël Rapenne, professeur à l'université Toulouse III - Paul Sabatier, au CEMES (Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales) du CNRS pour tester en conditions réelles les nanovoitures élaborées en laboratoire depuis une dizaine d'années à travers le monde. C'est à Toulouse que ces engins de course seront présentés, lors de l'événement Futurapolis, le 27 novembre 2015. Les participants auront jusqu'en octobre 2016 pour synthétiser et tester leur molécule-voiture avant de participer à la première NanoCar Race.

La course ne sera pas visible à l'œil nu. Un ensemble de microscopes à effet tunnel unique au monde, situé à Toulouse, permettra de suivre la course : la pointe de chaque microscope balayera la surface d'une portion de piste pour la cartographier en temps réel et donner à une nanocar l'énergie nécessaire pour avancer. Le microscope toulousain est le seul au monde à posséder quatre pointes et donc le seul à pouvoir faire concourir quatre équipes en même temps (si plus de quatre candidats se présentent à cette course, il sera effectué des courses éliminatoires). Chaque équipe aura à sa disposition des écrans de contrôle permettant de guider sa voiture et dont les images seront retransmises en direct sur grand écran à Toulouse et sur le site Internet de l'évènement en 2016.

Signe de maturité de « l’atome-technologie »

Plus qu'une simple course de voitures, la NanoCar Race est un véritable exploit scientifique pour l'avancée des recherches dans des domaines aussi variés que les nanosciences, les nanotechnologies, l'instrumentation, la chimie de synthèse ou la science des surfaces. Elle permettra de montrer le degré de contrôle des molécules-machines atteint aujourd'hui en laboratoire et la maturation actuelle de « l'atome-technologie ». Cette technique devrait permettre dans le futur la construction des premiers circuits électroniques atome par atome, minimisant à l'extrême l'utilisation des matières premières, ce qui ouvre des espoirs en matière de développement durable.

Retrouvez tous les concurrents le 27 novembre de 11 h à 12 h 30 à l'auditorium du Muséum de Toulouse :

  • Le NanoMobile club du CNRS et de l'université Toulouse III - Paul Sabatier (France) piloté par Gwénaël Rapenne.
  • La Nano-car Team des universités Rice (Texas, États-Unis) et de Graz (Autriche) pilotée en 2016 par James Tour (Rice) et Leonhard Grill (Graz) représentés à Toulouse par Grant Simpson et Knud Seufert (Graz).
  • La Nano-windmill Company de l'université technique de Dresde (Allemagne) pilotée par Francesca Moresco.
  • La Ohio Bobcat Nano-wagon Team de l'université de l'Ohio (États-Unis) pilotée par Saw Wai Hla et Eric Masson.
  • La Nano-Vehicle MANA-NIMS Team de l'Institut Mana-Nims de Tsukuba (Japon) pilotée par Waka Nakanishi et représentée à Toulouse par Kosuke Minami.

Et avec la participation de Markus Maier, directeur technique de Scienta Omicron, entreprise qui a construit la machine du CEMES-CNRS à Toulouse où se jouera cette course.

Retrouvez les règles du premier Grand prix de la course internationale de Molécule-Voiture sur le site Internet du CEMES-CNRS.

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