12.07.2016 - Sciences exactes et naturelles

Les nanotechnologies, une priorité croissante pour la recherche

© Kateryna Kon / Shutterstock.com Caption : Destruction of a bacterium by nanoparticles.

L’analyse de quatre produits alimentaires du quotidien (des biscuits au chocolat de marque, des chewing-gums, une conserve de blanquette de veau, ainsi qu'un mélange d'épices pour guacamole) effectuée en juin dernier par le Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) pour le compte de l’ONG Agir pour l’environnement a révélé dans chacun d’eux la présence de nanoparticules (1).

Cette étude nous rappelle que, dans de nombreux pays, les nanoparticules font désormais partie du quotidien. On en trouve par exemple dans des vêtements, des pneus, des engrais et des cosmétiques. Compte tenu de la gamme des applications potentielles, les nanotechnologies sont désormais un domaine prioritaire de la recherche dans beaucoup de pays, comme l’explique le Rapport de l'UNESCO sur la science, vers 2030.

Les nanosciences et les nanotechnologies sont un domaine prioritaire pour les leaders actuels de l'innovation. Ainsi en 2014, la Suisse était en tête du tableau de bord européen de l'innovation (IUS) et de l'indice de synthèse de l'innovation (ISI) et faisait partie des trois pays membres de l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) tirant le meilleur parti de l’innovation. Avec 198 articles scientifiques par million d’habitants en 2013, elle affichait également l’un des meilleurs scores en termes de productivité scientifique relative aux nanotechnologies.

La Suisse devance ainsi d’autres acteurs majeurs du domaine, notamment la République de Corée (150 articles), l’Allemagne (93), la France (79), les États-Unis (69) et le Japon (56), selon les données de Thomson Reuters citées dans le Rapport de l'UNESCO sur la science et analysées par Statnano. Cependant, si l’on se réfère au nombre de brevets pour 100 articles consacrés aux nanotechnologies, ce classement est bouleversé, car selon cet indicateur, les États-Unis arrivent en tête, avec un score de 44, suivis par le Japon (30), la République de Corée (27), l’Allemagne (22), la Suisse (17) et enfin la France (15).

L’Union européenne (UE) encourage ses membres à adopter des stratégies nationales d'innovation axées sur une spécialisation intelligente. Afin de réduire l’écart dans le domaine de la recherche avec ses nouveaux membres, elle a lancé en 2013 son initiative de « teaming » (partenariats) dans le cadre de son programme pour la recherche Horizon 2020, le plus ambitieux à ce jour. L’un des premiers projets de partenariat dont le financement a été approuvé concerne la création, à Wroclaw, d’un Centre d’excellence pour les nouveaux matériaux, la nanophotonique, les technologies additives par laser et les nouveaux systèmes d’organisation de la gestion, avec un financement compétitif par l’Agence exécutive pour la recherche (REA). Ce projet implique une collaboration entre l’Institut allemand Fraunhofer de mécanique des matériaux et des technologies à faisceaux et l’université de Wurtzbourg, d’une part, et l’École polytechnique de Wroclaw et le Centre national polonais pour la recherche et le développement, d'autre part.

Les nanotechnologies sont un élément clé de la production manufacturière de pointe, menée par un nombre croissant de pays industrialisés, notamment l’Allemagne, l’Australie, le Canada, la Chine, les États-Unis, la France, le Japon et la République de Corée. Cette thématique est également au cœur de l’un des 16 « méga-projets » d’ingénierie de la Chine à l’horizon 2020, l’objectif étant de faire de la Chine un pays d’innovation d’ici à cette échéance. En 2014, la production manufacturière de pointe a été intégrée à la stratégie révisée du Canada pour la recherche, baptisée Un moment à saisir pour le Canada : Aller de l'avant dans le domaine des sciences, de la technologie et de l'innovation, axée sur l’automatisation, notamment la robotique, les matériaux légers et les technologies connexes, l’impression 3D, les matériaux quantiques et les nanotechnologies.

Grâce à la production manufacturière de pointe, les gouvernements espèrent stimuler la compétitivité nationale et créer des emplois. Le Partenariat pour un secteur manufacturier de pointe, lancé par le Président des États-Unis en 2013, ne fait pas exception. Piloté par un comité composé de représentants du secteur industriel, des travailleurs et du milieu universitaire, ce partenariat bénéficie d’un investissement de 2,9 milliards de dollars dans le cadre du Revitalize American Manufacturing Act (2014). Ces fonds, auxquels devra s’ajouter une contribution équivalente de la part de partenaires privés et non fédéraux, sont utilisés pour créer un réseau initial comptant jusqu’à 15 instituts, dont certains axés sur la fabrication additive, comme l’impression 3D, la conception et la fabrication numériques, la fabrication à partir de matériaux légers, les semi-conducteurs à large bande, l'électronique hybride flexible, la photonique intégrée, les énergies propres et les fibres et textiles innovants.

Le Japon occupe le 6e rang mondial en termes d’articles consacrés aux nanotechnologies, derrière l’Allemagne, la Chine, les États-Unis, l’Inde et la République de Corée. Les investissements industriels dans les nanotechnologies ont néanmoins chuté, passant de 155 milliards de yens à 111 milliards de yens entre 2008 et 2013, les entreprises du secteur privé ayant réduit leur budget de recherche à la suite de la crise économique et financière mondiale. De nombreuses entreprises ont délocalisé leurs centres de R&D et leurs sites de production à l’étranger, en réaction à la surappréciation du yen et à la contraction du marché japonais. Bien que le financement universitaire en faveur des nanotechnologies ait augmenté depuis 2008 jusqu’à atteindre 55 milliards de yens, il reste nettement inférieur au financement industriel. De plus, le Japon est l’un des rares pays où le nombre d’articles scientifiques a décliné au cours des dix dernières années. Par conséquent, sa part mondiale en termes d’articles a également diminué, y compris dans le domaine de la chimie.

Les BRICS aspirent à devenir des pôles de nanotechnologies

Malgré les efforts déployés par les BRICS (Brésil, Fédération de Russie, Inde, Chine et Afrique du Sud) pour devenir des pôles de nanotechnologies, leur contribution dans ce domaine demeure relativement modeste, la Chine totalisant 25 articles par million d’habitants, la Fédération de Russie 23, le Brésil et l’Afrique du Sud 9, et l’Inde 6. Bien que leur productivité scientifique dans le domaine des nanotechnologies soit en augmentation, les brevets et produits connexes ne progressent pas toujours au même rythme : en 2015, le ratio du nombre de brevets pour 100 articles consacrés aux nanotechnologies était de 2,47 pour l’Afrique du Sud, 2,28 pour la Chine, 1,67 pour le Brésil, 1,61 pour l’Inde et 0,72 pour la Fédération de Russie, selon Statnano. En comparaison, le ratio de l’Italie était de 4,46, celui du Royaume-Uni, de 8,39, et celui du Canada, de 10,08.

Au Brésil, le nombre d'articles consacrés aux nanotechnologies par million d’habitants est passé de 5,5 à 9,2 entre 2009 et 2013, mais le nombre moyen de citations par article a chuté de 11,7 à 2,6 au cours de la même période. En 2013, la productivité scientifique du Brésil dans le domaine des nanosciences représentait 1,6 % du total mondial, contre 2,9 % pour les articles scientifiques en général.

En 2008, le Brésil a réalisé un investissement stratégique en créant le Laboratoire national des nanotechnologies appliquées à l’agriculture (LNNA) et, trois ans plus tard, le Laboratoire national des nanotechnologies (LNNano). Cet investissement, combiné aux financements fédéral et public de projets de recherche spécifiques dans les domaines connexes, « a permis une augmentation considérable du nombre de chercheurs travaillant dans le domaine de la science des matériaux », observe le Rapport de l'UNESCO sur la science.

Celui-ci rappelle qu’au Brésil les transferts de technologie tendent à s’opérer des instituts publics de recherche vers le secteur privé. Dans un rapport de 2014, la Société brésilienne de recherche sur les matériaux rapporte les propos du chercheur Rubén Sinisterra, de l’université fédérale de Minas Gerais, qui travaille au développement de médicaments antihypertenseurs. Sinisterra assure que les universités brésiliennes sont désormais capables de développer des nanomatériaux pour la libération de médicaments, mais souligne également que « les laboratoires pharmaceutiques brésiliens ne disposent pas de capacités de R&D en interne et qu’il est donc nécessaire de travailler en collaboration avec eux pour mettre sur le marché de nouveaux produits et procédés. »

En Fédération de Russie, plus de 500 entreprises étaient engagées dans la fabrication de produits de nanotechnologie en 2013, selon le fonds d'investissement d’État Rusnano. En 2010, le Rapport de l'UNESCO sur la science a souligné l’importance de la Stratégie pour le développement de la nano-industrie (2007) adoptée par la Russie. En 2013, les ventes de produits de nanotechnologie ont dépassé 416 milliards de roubles (plus de 15 milliards de dollars). Cela représente 11 % de plus que l’objectif fixé en 2007 et signifie que le secteur a atteint une taille 2,6 fois plus importante qu’en 2011.

Près d’un quart des produits de nanotechnologie russes sont exportés. De plus, les revenus des exportations ont doublé entre 2011 et 2014, atteignant 130 milliards de roubles. À la fin de l’année 2013, Rusnano apportait son soutien à 98 projets et avait établi 11 centres de développement et de transfert de technologies (« nanocentres ») ainsi que quatre entreprises d’ingénierie dans différentes régions spécialisés dans les matériaux composites, le génie énergétique, les technologies d’irradiation, la nano-électronique, les biotechnologies, l’optique et les technologies plasma, les technologies de l’information et de la communication, etc. Des avancées considérables ont été réalisées dans les domaines de la nanocéramique, des nanotubes, et des matériaux composites, hybrides et à usage médical. Depuis sa création en 2011, le Centre de nanotechnologies et nanomatériaux de Saransk s’est lancé dans la fabrication de nanopinces spéciales pour microscopes permettant de piéger des particules de l’ordre de 30 nanomètres ; cette découverte capitale a une multitude d’applications potentielles en électronique et en médecine.

Selon une étude prospective menée entre 2007 et 2010, les nanotechnologies seraient le sixième domaine de recherche prioritaire du pays pour ses applications dans le domaine civil, après les systèmes de transport et le secteur spatial (40 % du total des financements), les systèmes énergétiques sûrs et efficaces (16 %), les TIC (12 %), la gestion de l’environnement (7 %) et les sciences de la vie (6 %). Bien que la production de nanomatériaux ait connu depuis une croissance considérable, le nombre d’articles universitaires consacrés aux nanotechnologies ne semble pas progresser aussi rapidement que dans d’autres pays. Il n'apparaît pas non plus que l’activité scientifique russe se soit traduite pour l’instant par un nombre significatif d’inventions brevetées, avec seulement 0,72 brevets pour 100 articles consacrés aux nanotechnologies en 2015, un chiffre en baisse par rapport au score de 1,18 obtenu cinq ans auparavant.

En Inde, le développement des nanotechnologies est « pour le moment plus axé sur le renforcement des capacités humaines et des infrastructures physiques que sur la commercialisation de produits, qui reste minime », constate le Rapport de l'UNESCO sur la science. « Selon l’Inventaire des produits de consommation, pour le moment seuls deux produits de soins personnels issus des nanotechnologies sont originaires d’Inde, contre 59 venant de Chine. De plus, l’entreprise qui a développé ces deux produits en Inde est une multinationale étrangère. »

C’est dans la science des matériaux, la chimie et la physique que résident les atouts traditionnels de la Chine. Selon l’Institut chinois d’information scientifique et technique, la contribution du pays à l’ensemble des articles publiés en sciences des matériaux et en chimie s’est élevée à environ 25 % entre 2004 et 2014, contre 17 % pour les articles publiés dans le domaine de la physique et moins de 9 % pour les articles traitant de biologie moléculaire et de génétique. La Chine est également le pays des BRICS dont l’intensité de la recherche est la plus élevée : 2,08 % du PIB en 2013, contre 1,15 % pour le Brésil (2012), 1,12 % pour la Fédération de Russie, 0,82 % pour l’Inde (2011) et 0,73 % pour l’Afrique du Sud (2012).

La première étape du plan élaboré par l’Inde pour devenir un « pôle mondial de connaissances » dans le domaine des nanotechnologies a été le Projet Nano Mission, lancé dans le cadre du Onzième plan quinquennal (2007-2012) et de la stratégie du gouvernement pour maintenir les capacités du pays en termes d’inventions de haute technologie en investissant dans de nouveaux secteurs. Environ 240 projets de recherche ont depuis été financés par ce biais. Le Douzième plan quinquennal (2012-2017) a donné un coup de pouce à cette initiative par le projet de créer un institut dédié aux nanosciences et technologies et d’introduire des programmes de troisième cycle dans 16 universités et établissements du pays. En 2014, le gouvernement a mis en place un centre des technologies de nanofabrication au sein de l’Institut central des technologies de fabrication, dans le but de renforcer les activités du centre grâce à un partenariat public-privé.

L’Iran et la Malaisie : deux pays à suivre de près

L’Iran et la Malaisie pourraient bien être deux pays à suivre de près au cours des prochaines années. Tous deux ont enregistré une forte hausse du nombre d’articles consacrés aux nanotechnologies entre 2009 et 2013. L’Iran se classe désormais 7e et la Malaisie 22e pour cet indicateur. Le nombre d'articles par million d’habitants a quadruplé en Malaisie pour atteindre 41 et triplé en Iran pour atteindre 59, dépassant ainsi le Japon. Cependant, peu de brevets sont octroyés aux inventeurs pour l’instant. Le ratio du nombre de brevets pour 100 articles consacrés aux nanotechnologies était de 0,41 pour l’Iran et de 0,73 pour la Malaisie en 2015.

La recherche dans le secteur des nanotechnologies a pris son essor en Iran depuis la création du Conseil de l’initiative sur les nanotechnologies en 2002. Le Conseil a pour mission d’élaborer les politiques générales pour le développement des nanotechnologies et de coordonner leur mise en œuvre. Il fournit des locaux, crée des marchés et aide le secteur privé à développer des activités de R&D pertinentes. Au cours de la dernière décennie, 143 entreprises spécialisées dans les nanotechnologies ont été créées dans 8 secteurs différents. Plus d’un quart de ces sociétés opèrent dans le domaine de la santé, contre 3 % dans l’industrie automobile.

Aujourd’hui, le pays compte cinq centres de recherche spécialisés dans les nanotechnologies, y compris le Centre de recherche sur les nanotechnologies de l’université Sharif, qui a créé il y a dix ans le premier programme doctoral iranien dans les nanosciences et les nanotechnologies. L’Iran abrite également le Centre international de nanotechnologies pour la purification de l’eau, établi en collaboration avec l’UNIDO en 2012. En 2008, le Centre a mis en place le réseau ECONANO en vue de promouvoir le développement scientifique et industriel des nanotechnologies auprès des autres membres de l’Organisation de coopération économique (ECO), à savoir l’Afghanistan, l'Azerbaïdjan, le Kazakhstan, le Kirghizistan, l’Ouzbékistan, le Pakistan, le Tadjikistan, la Turquie et le Turkménistan.

De nombreux pays sont en train d’investir dans les nanotechnologies

De plus en plus de pays considèrent désormais les nanotechnologies comme une priorité pour la recherche. C’est le cas notamment de l’Arabie saoudite, l’Argentine, l’Azerbaïdjan, le Chili, la Croatie, la Jordanie, le Kazakhstan, le Mexique, le Maroc, le Népal, les Philippines, la Serbie, la Slovénie, le Sri Lanka et la Tunisie. Cependant, le développement des nanotechnologies exige un investissement soutenu. Sur les 14 pays listés ci-dessus, seule la Slovénie consacre actuellement plus de 1 % de son PIB à la R&D.

Les gouvernements de ces pays également se sont lancés dans la création de centres nationaux axés sur les nanotechnologies. Le Népal, par exemple, prévoit de mettre en place un Centre national de nanotechnologies dans le cadre de son Treizième plan quinquennal à l’horizon 2016. Aux Philippines, le Centre d’application des nanotechnologies dans l’agriculture, la sylviculture et l’industrie de l’université des Philippines Los Baños date de 2014. Il fait suite au Technology Transfer Act (2010), qui a pour objet de promouvoir l’innovation en fournissant un cadre et un système de soutien à la propriété intellectuelle issue de la R&D financée par le gouvernement (acquisition, gestion, utilisation et commercialisation).

Les gouvernements favorisent également les collaborations entre le monde universitaire et le secteur industriel afin d’encourager le développement des nanotechnologies. À titre d’exemple, le troisième programme InnovAct (2011) du Maroc apporte chaque année un soutien logistique et des moyens financiers à jusqu’à 30 entreprises spécialisées dans les nanotechnologies et dans d'autres domaines stratégiques afin de leur permettre de recruter des diplômés des universités pour travailler sur leurs projets de recherche. En Arabie saoudite, la Cité du Roi Abdulaziz pour la science et la technologie (KACST) joue le rôle d’incubateur de technologies en favorisant les liens entre les centres de recherche universitaires et les secteurs public et privé dans des domaines très divers, notamment les nanotechnologies et les matériaux avancés. La KACST sert également de bureau national des brevets.

L’Institut des nanotechnologies du Sri Lanka (SLINTEC) va encore plus loin. Il s'agit d’une coentreprise fondée en 2008 par la Fondation nationale pour les sciences et des géants du secteur privé sri-lankais, parmi lesquels Brandix, Dialog, Hayleys et Loadstar, dans le but de commercialiser des nanotechnologies. Le SLINTEC est spécialisé dans cinq grands domaines : l’agriculture intelligente, notamment les engrais à libération lente à base de nanotechnologies ; les nanocomposites à base de caoutchouc, utilisés notamment pour les pneus à haute performance ; les vêtements et textiles, notamment les fibres intelligentes ; les produits de consommation, tels que les détergents et les cosmétiques ; et les nanomatériaux.

Les nanotechnologies ont bénéficié d’un premier coup de pouce institutionnel au Sri Lanka en 2006 avec le lancement de l’Initiative nationale en faveur des nanotechnologies, mais le développement du secteur industriel s’est accéléré depuis que le gouvernement a approuvé la politique nationale sur les biotechnologies en 2010 et la politique nationale sur les nanotechnologies deux ans après. En 2013 se sont ouverts le Parc scientifique et de nanotechnologie ainsi que le Centre d’excellence sur les nanotechnologies, qui fournit des infrastructures de haute qualité pour la recherche sur les nanotechnologies. En 2013, le Sri Lanka était classé 83e pour le nombre d'articles consacrés aux nanotechnologies par million d’habitants, derrière le Pakistan (74e), l’Inde (65e) et surtout l’Iran (27e), mais devant le Bangladesh (90e) et le Népal (85e).

Les technologies convergentes, facteur de modernisation des cursus dans les pays arabes

Les nanotechnologies constituent un domaine prioritaire de coopération de la nouvelle Stratégie des États arabes pour la science, la technologie et l’innovation. Les gouvernements prévoient de développer des applications dans des secteurs tels que la santé et les médicaments, les produits alimentaires, la gestion de l’environnement, la désalinisation et la production énergétique. Cette stratégie met l'accent sur le développement des ressources humaines et encourage la coopération internationale dans un total de 14 disciplines scientifiques et secteurs économiques stratégiques, y compris des technologies convergentes telles que la bio-informatique et les nanobiotechnologies.

Les biotechnologies, les nanotechnologies, les TIC et les sciences cognitives sont toutes des technologies convergentes, c’est-à-dire qu’elles se recoupent dans des proportions considérables. Depuis 2011, un réseau UNESCO a œuvré au développement de liens entre les milieux universitaires et le secteur industriel dans le but de réorienter les travaux universitaires vers la recherche de solutions et d’abattre les barrières qui séparent les disciplines et constituent actuellement un frein à l’innovation dans le monde arabe.

L’une des premières priorités du Réseau pour l’expansion des technologies convergentes dans la région arabe (NECTAR) a consisté à moderniser les cursus universitaires, en collaboration avec des scientifiques arabes de renom basés dans des universités aux États-Unis et en Égypte, où se trouvent la majorité des spécialistes des technologies convergentes dans la région arabe. Le réseau NECTAR s’intéresse également aux établissements d’enseignement technique, car les techniciens sont ceux qui donnent aux technologies convergentes leur avantage dans l’industrie manufacturière.

Le réseau NECTAR a créé un Certificat en hautes études industrielles et un diplôme de Master en nanosciences appliquées. L’un et l’autre seront initialement utilisés pour former le personnel enseignant des universités (principalement les titulaires de doctorat). Ces enseignants composeront ensuite le cœur de l’équipe chargée du développement d’un programme de premier cycle en nanosciences dans chaque université participante. Une forte demande est attendue pour les diplômés des programmes NECTAR dans les domaines de l’industrie pharmaceutique, la chimie, la pétrochimie, la production de pétrole, l’optoélectronique, l'électronique, les technologies de l’information, les engrais, les revêtements de surface, les technologies de construction, les produits alimentaires et le secteur automobile.

(1) Pierre le Hir (2016) Des nanoparticules dans nos assiettes. Le Monde, 15 Juin.

NB : Les données de Statnano pour 2015 citées dans le présent article ont été mises à jour, le Rapport de l'UNESCO sur la science ayant été publié en novembre 2015.

Source: Rapport de l'UNESCO sur la science, vers 2030




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