Les possibilités de la nanotechnologie sont fascinantes

CIDAL NanotechnologieL'Italienne Cinzia Casiraghi étudie le graphène, un matériau découvert récemment. Cette substance de haute technologie a un grand potentiel, notamment en électrotechnique et en technique informatique. L'Allemagne est dans les pays de tête en matière de nanotechnologie. La jeune chercheuse a reçu en 2008 le prix allemand Sofia Kovalevskaïa, fortement doté, pour son travail de pointe dans ce domaine innovant. Cette distinction lui permet de monter sa propre équipe de recherche au sein de la Freie Universität de Berlin.

"Le graphène est le matériau le plus fin du monde", explique Cinzia Casiraghi. Il s'agit de la nouvelle substance à laquelle elle consacre toute son attention. Le graphène n'a été découvert qu'en 2004 et, depuis son apparition, il fait beaucoup de bruit dans les milieux scientifiques. Personne n'imaginait auparavant qu'il pouvait exister un matériau aussi fin. À la différence des autres substances connues, le graphène ne possède pas de structure dans l'espace, il est seulement bidimensionnel : c'est une grille plate d'atomes de carbone construite comme un nid d'abeilles. Pour l'instant, les chercheurs savent cependant peu de choses sur la manière dont ont pu naître les propriétés particulières du graphène. C'est justement ce qui attire cette Italienne de 34 ans : à l'Institut de physique expérimentale de la Freie Universität de Berlin (dite "FU"), elle explore de fond en comble, à l'aide d'instruments de mesure et de faisceaux lasers spéciaux, le secret de ce matériau. Cinzia Casiraghi est fascinée par l'objet de ses recherches : non seulement le graphène est fin, indique-t-elle, mais il est aussi extrêmement solide, plus solide même qu'un diamant. De plus, les charges électriques y sont particulièrement mobiles. Voilà les trois propriétés qui rendent le graphène si intéressant : il pourrait jouer un grand rôle dans la miniaturisation des composants électroniques, par exemple dans la fabrication des processeurs d'ordinateurs.

Récompensée du prix Sofia Kovalevskaïa

Ces semaines-ci, Cinzia Casiraghi est très occupée : elle monte actuellement son propre groupe de travail à Berlin. Il se compose pour l'instant d'un doctorant et d'un étudiant en fin de cursus universitaire, tandis qu'elle cherche encore un étudiant en post-doctorat. Toutes les décisions, elle les prend seule. Une grande responsabilité pour une jeune scientifique qui n'a soutenu sa propre thèse à Cambridge, en Grande-Bretagne, qu'en 2005. Tout cela tient au prix Sofia Kovalevskaïa de la Fondation Alexander von Humboldt que Cinzia Casiraghi s'est vue remettre en 2008, une récompense dotée d'1,65 million d'euros et destinée aux jeunes chercheurs de très grand talent venus de l'étranger. La somme remportée doit permettre aux lauréats de mettre en œuvre des projets de recherche prometteurs en toute indépendance en Allemagne. Dès novembre 2008, Cinzia Casiraghi a quitté Cambridge pour Berlin et a commencé à travailler à la FU.

Une fascination pour la nanophysique

Il est certain que les recherches sur le graphène sont prometteuses. Certains scientifiques rêvent déjà de microprocesseurs pour ordinateurs qui ne seraient plus basés sur le silicium mais sur le graphène. Ils espèrent, grâce au graphène, obtenir des matières synthétiques conductrices et des batteries qui devraient leur efficacité élevée à l'addition de poudre de graphène. Cinzia Casiraghi est également consciente de ce potentiel mais souligne que la recherche sur le graphène en est encore à ses débuts. Il faut d'abord découvrir avec précision les propriétés du matériau, dit-elle. C'est sa carrière qui a amené un jour cette scientifique à étudier d'étranges matières à base de carbone. Originaire des environs de Milan, elle y a étudié la technique nucléaire. Mais dès son travail de fin d'études à l'université, il a été question du carbone dans le domaine des nanosciences. Le sujet est resté lorsqu'elle est ensuite entrée à l'université de Cambridge. Elle explique : « Les possibilités de la nanotechnologie sont fascinantes. Les propriétés du matériau changent au fur et à mesure qu'il diminue. Nous pouvons nous servir de cela pour les applications technologiques. »

Un champ de recherches porteur d'avenir

Ces quatre prochaines années, Cinzia Casiraghi veut aussi travailler sur des matériaux voisins du graphène mais pour lesquels la recherche a davantage progressé. Pour cela, elle travaille en étroite coopération avec la professeur de physique Stephanie Reich, dont le laboratoire se trouve à deux pas, dans le même couloir. L'Allemande et l'Italienne ont fait connaissance à Cambridge. C'est la professeur Reich qui a suggéré à Cinzia Casiraghi de se présenter au prix Sofia Kovalevskaïa. Deux séjours d'études lient également l'Italienne à l'Allemagne, l'un au Forschungszentrum de Karlsruhe en 2006 et l'autre à la Ludwig-Maximilians-Universität de Munich en 2007. "J'y ai fait de très bonnes expériences. Après cela, j'ai pensé que ce serait vraiment bien de partir en Allemagne", raconte-t-elle. "Les recherches en nanotechnologie sont à un très haut niveau ici." Dans ce domaine porteur d'avenir, l'Allemagne fait partie des pays en pointe pour la recherche et l'industrie : le pays figure au premier rang européen en matière de demandes de brevet en nanotechnologie.

Berlin, une destination choisie

Reste que la ville de Berlin a également joué un rôle dans le choix de destination de Cinzia Casiraghi. Dès sa candidature au prix Kovalevskaïa, celle-ci avait indiqué la Freie Universität de Berlin comme destination souhaitée. "Il y a tout ce que l'on souhaite à Berlin, dit-elle, surtout, c'est une grande ville." Elle a été stupéfaite de constater que l'on pouvait même jouer au beach-volley dans la métropole allemande. Grâce à son sport favori, l'Italienne peut ainsi décrocher de son travail de recherche. Et se vider la tête pour pouvoir consacrer de nouveau toute son énergie, le jour suivant, aux mystères du matériau le plus fin du monde.

Texte : Sven Titz

Témoignage : Cinzia Casiraghi, chef de projet à l'Institut de physique expérimentale de la Freie Universität de Berlin

"À Cambridge, j'ai effectué des recherches dans le département d'électrotechnique. Je travaille désormais à Berlin chez les physiciens expérimentaux, bien que je sois en fait ingénieur de formation. Les propriétés des nanomatériaux à base de carbone me fascinent depuis mes études. La recherche en nanophysique en Allemagne est de très haut niveau. Maintenant, je peux monter mon propre groupe de travail sur ce sujet, c'est formidable. Lorsque, dans nos recherches, nous observons de minuscules matériaux en carbone, nous découvrons de nouveaux phénomènes fascinants. Les propriétés du matériau, comme sa couleur, sa solidité ou sa conductibilité, changent en fonction de sa faille et de sa forme. Ces phénomènes ne peuvent être observés dans le monde visible à l'œil nu. Mais nous pouvons les utiliser pour des applications technologiques et par exemple fabriquer avec leur aide de nouveaux appareils électroniques petits et super efficaces"

Trois questions à Cinzia Casiraghi

Pour vous, qu'est-ce que le prix Sofia Kovalevskaïa qui vous a été remis a de particulier ?

Entre autres, bien sûr, la somme d'argent mise à disposition. J'ai besoin d'instruments coûteux pour les expériences. Ce prix me permet en outre de décider moi-même, pour une très grande part, de la destination de l'argent que je dépense. C'est une grande chance à ce stade de ma carrière scientifique. Mais l'argent ne fait pas tout, bien entendu, ce prix est aussi une grande marque de reconnaissance.

Avec quels outils analysez-vous les minuscules échantillons de matériaux ?

Le graphène est presque transparent puisqu'il s'agit d'une couche extrêmement fine de carbone. Il a une « épaisseur » d'à peine un atome. Il est compliqué de reconnaître du graphène à l'aide d'un microscope optique. Pour s'assurer véritablement que l'on a bien du graphène devant soi et non des couches doubles ou triples de carbone, il faut un spectromètre Raman. On peut ainsi analyser également des propriétés importantes, savoir par exemple si le graphène est parfait du point de vue cristallographique ou s'il a des défauts, ou s'il contient des atomes d'autres éléments chimiques. Dès que l'on connaît les propriétés avec suffisamment de précision, on peut développer des applications technologiques pour le graphène.

Comment faites-vous pour la langue à l'Institut ?

Avec les membres de mon groupe de travail, je m'entretiens en anglais, cela va aujourd'hui de soi dans de nombreux instituts de recherche des établissements d'enseignement supérieur allemands. Je pense qu'il est important que les étudiants en fin de cursus universitaire et en doctorat pratiquent l'anglais technique. Il faut bien qu'un jour ils puissent intervenir lors de conférences internationales et publier les résultats de leurs recherches dans des revues spécialisées en anglais. Malheureusement, je parle moi-même peu allemand pour l'instant mais je m'efforce d'améliorer mon niveau et de pratiquer la langue dans ma vie quotidienne.

Voir l'article original sur le site du CIDAL : "Les possibilités de la nanotechnologie sont fascinantes"

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