1Monsieur l’Administrateur,
Mesdames et Messieurs les Professeurs,
Madame et Monsieur Bettencourt Meyers,
Chères et chers collègues,
Chers parents et amis,
Mesdames et Messieurs,

2Permettez-moi, Monsieur l’Administrateur et mes chers collègues, de vous remercier de votre confiance et de me faire l’honneur de m’accueillir parmi vous, dans cette prestigieuse institution, dans le cadre de la chaire annuelle Innovation technologique Liliane Bettencourt. Je remercie tout particulièrement Jean-François Joanny et Jean-Marie Tarascon, deux immenses chercheurs que j’admire, d’avoir proposé ma candidature à cette chaire.

3Porter un regard. Le professeur Bernard Meunier, titulaire de cette chaire en 2015, avait insisté sur la nécessité d’une variété de regards sur l’innovation, expliquant que « c’est l’addition de différents regards sur l’innovation qui produit un message pertinent ». Quand il s’est agi de préparer cette leçon inaugurale, c’est cette question du regard qui s’est imposée à moi. Quel est mon regard sur l’innovation technologique ? Quelle est la vision que je porte en tant que chercheur ? Ce sont des questions que je ne m’étais jamais vraiment posées car, comme pour la plupart des chercheurs, notre parcours, nos travaux, nos choix procèdent surtout de l’intuition, de la curiosité, pas nécessairement d’une construction élaborée réalisatrice d’une vision planifiée. Comme le faisait remarquer Pierre Bourdieu, « […] faire sans savoir complètement ce que l’on fait, c’est se donner une chance de découvrir dans ce que l’on a fait quelque chose que l’on ne savait pas1 ».

4Par conséquent, c’est finalement un regard personnel que je voudrais porter ici, l’expérience d’un chercheur qui s’est retrouvé, un peu par hasard, à mettre les pieds dans l’innovation, et comment cela a changé sa façon d’être engagé comme chercheur et scientifique dans le monde.

« Là où j’ai peur, j’irai »

5« Là où j’ai peur, j’irai » avait expliqué Anne Sylvestre, auteure et compositrice de chansons de notre enfance. À vrai dire, en cet instant précis, j’ai le trac, évidemment !

6Pourtant, si la peur tétanise, elle peut aussi être tout à fait exaltante et motrice car elle porte le désir de tracer un chemin vers une terre inconnue, par les voies les plus risquées, les plus inconfortables. Elle donne une vision, elle envisage un futur.

7Le goût du risque, affronter sa peur, c’est le propre des chercheurs et de la recherche scientifique. La peur de l’inconnu suscite chez nous un puissant désir de comprendre et, à vrai dire, il est justement très excitant de ne pas savoir.

8C’est le propre également de l’innovation. Dans mon parcours, j’ai rencontré des innovateurs et des entrepreneurs qui n’étaient pas très effarouchés par les défis, et capables de déplacer des montagnes en allant dans des zones tout à fait inexplorées. Recherche et innovation ont une grammaire similaire finalement : entre chercheurs et entrepreneurs, nous sommes donc faits pour nous entendre.

9Jusqu’il y a peu, je ne connaissais pas cette devise d’Anne Sylvestre mais son esprit m’a guidé tout au long de ma carrière. Appréhender ma peur, franchir les frontières ont modelé mon parcours. L’une des frontières que j’ai franchies a été l’innovation et j’ai pu alors réaliser à quel point c’est une arme puissante dans le combat scientifique que l’on doit mener face aux enjeux actuels, notamment environnementaux. Je pourrais ainsi vous raconter ce cheminement qui m’a amené à co-fonder plusieurs start-up sous un angle assez linéaire, depuis les expériences que nous avons menées avec mon acolyte de toujours, Alessandro Siria, qui ont abouti aux résultats surprenants que l’on a obtenus et qui permettaient d’envisager des technologies nouvelles pour l’énergie osmotique, le brevet que l’on a déposé, en passant par la rencontre décisive que l’on a faite en 2014 avec des entrepreneurs particulièrement téméraires et visionnaires, Pascal Lemélinaire et Bruno Mottet et jusqu’à la création de Sweetch et des autres start-up qui ont suivi.

10C’est la réalité du cheminement.

11Mais cette façon de dire l’histoire occulte les aléas, les difficultés, la sérendipité et évidemment les multiples échecs. Et, finalement, la science telle qu’elle est dans sa construction. Tout ce chemin que l’on doit parcourir pour transformer des résultats scientifiques en une réalité technologique.

12À vrai dire, comme chercheur, je n’ai pas vraiment cherché l’innovation, c’est plutôt l’innovation qui m’est, littéralement, « tombée dessus », au moment où Bruno et Pascal ont frappé à la porte de notre laboratoire. Avec la surprise de réaliser que des entrepreneurs avaient vu un potentiel technologique concret là où je voyais sans doute de lointaines applications potentielles et un peu virtuelles. Je ne savais pas quoi faire de ces résultats. Eux le savaient et ils ont eu confiance en la science.

13Mais le germe était déjà présent en moi des années auparavant, instillé dans un moment décisif et un point de basculement. C’est mon expérience du kairos.

14La réalité, c’est que ce germe est une question qui m’a été posée par mon fils face à la une du journal Libération du jour. Je pense que c’est celle-ci, celle du 30 août 2005 (fig. 1). Il y avait ce titre posant la question des alternatives au pétrole, le besoin pressant d’en développer et la difficulté considérable que cela représentait. Un titre angoissant, totalement banal aujourd’hui, car des alternatives, nous n’en avons pas beaucoup.

Figure 1

15C’était la question simple de mon fils : « Papa, tu es chercheur, qu’est-ce que tu fais, toi, pour résoudre ça ? » Cette simple question naïve m’a désarçonné et m’a durablement marqué. Car, en effet, la vérité est que je ne faisais pas grand-chose pour attaquer ces questions. Comme chercheur, j’étais très engagé dans une recherche fondamentale, souvent difficile, guidée uniquement par la curiosité.

16Pourtant, en quoi cette démarche de recherche se différencie-t-elle de « jeux intellectuels, de distractions autocentrées ou de puzzles esthétiques », pour citer les mots très durs de l’économiste Willem Buiter à propos de l’attitude de ses collègues face à la crise économique de 20082 ?

17Que l’on ne s’y trompe pas : comme chercheur, je suis absolument convaincu de l’impact considérable qu’a eu et qu’aura la recherche fondamentale sur notre monde. Les exemples sont évidemment multiples, il suffit de réécouter les cours de mes prédécesseurs à cette chaire : le laser, la spintronique, l’ARN messager, trois exemples parmi une multitude de réalisations absolument époustouflantes3.

18Mais il faut usuellement des dizaines d’années pour transformer les découvertes fondamentales en innovations technologiques. Or, un point est désormais radicalement différent : on n’a plus le temps. Le défi de la transition environnementale est immense et immédiat. Je ne vais pas redonner les chiffres ici : que ce soit le CO₂, les températures, l’eau, les océans, ils font tous l’objet de multiples rapports, les chiffres associés donnant le tournis. Ils sont repris dans les médias jusqu’à oublier leur sens, avec des réactions politiques timides et peu en rapport avec l’enjeu.

19Il faut de nouveaux atouts pour alléger les contraintes de la transition environnementale, et la science fondamentale en fournit une multitude. Néanmoins, il faut les mettre au plus vite en œuvre comme innovations technologiques : l’accélération est littéralement vitale, pour aller au plus vite jusqu’à l’industrialisation. Tout cela, en évitant le néfaste effet rebond.

20Mais comment concilier le temps de la recherche fondamentale et celui du progrès technologique qui s’en inspire ? Comment sortir au plus vite les découvertes de la science fondamentale des laboratoires ?

21C’est le cœur du défi actuel.

« The Road Not Taken »

« Two roads diverged in a wood, and I—
I took the one less traveled by,
And that has made all the difference4. »

22Comme le dit joliment ce poème de Robert Frost, au cours de notre vie, on fait souvent face à plusieurs routes, plusieurs choix, et on ne sait laquelle choisir. Le jour où mon fils m’a posé cette question, je n’ai pas pris la route du combat scientifique pour l’environnement. Je l’ai longtemps regretté, et j’ai perdu un temps précieux. Mais j’ai compris au moins que cette route existait. Ainsi, lorsque Bruno et Pascal sont venus frapper à la porte de mon laboratoire en 2014, j’ai saisi le moment et je ne l’ai plus laissé repartir. Et ce que j’ai appris à cette occasion, c’est qu’il y a un chemin, un dialogue possible entre science fondamentale et innovation technologique. Il y a deux voies mais, ironiquement, il est possible de ne pas choisir.

23Le sujet de cette leçon, c’est justement cette tension qui existe entre ces deux mondes. D’un côté, la recherche fondamentale qui cherche à comprendre la nature qui nous entoure jusque dans ses tréfonds moléculaires, avec toute la rigueur de la méthode scientifique, et l’abstraction mathématique requise ; aussi l’absence, revendiquée, de finalité applicative identifiée, autre que celle de comprendre et de simplement repousser les frontières de la connaissance. Et, de l’autre côté, l’application des découvertes scientifiques pour essayer d’impacter le monde qui nous entoure. L’échelle est souvent radicalement différente.

24Il y a donc une tension entre ces deux mondes car, si l’on part d’une base commune, l’innovation nécessite une façon de penser différente et de revisiter les découvertes fondamentales pour les amener à l’échelle du monde qui nous entoure. Les mots-clefs sont accélération et mise à l’échelle, ce sont des défis immenses, surtout pour un chercheur en science fondamentale.

25Ce que j’ai appris, c’est que la création de « jeunes pousses », de start-up, est un outil extrêmement puissant pour réaliser ce passage, la mise à l’échelle et l’accélération. Je parle ici de start-up technologiques, qui réalisent de l’innovation de rupture, ce que l’on dénomme la deeptech, voire la greentech, si l’on utilise le sabir à la mode. Pour ces start-up, la technologie est au cœur du combat et la mise à l’échelle est une voie exigeante, dure. Mais l’objectif affiché dès le départ est de réussir à terme l’industrialisation des découvertes. Étant donné l’échelle du problème climatique, l’industrie est, et sera, au cœur des défis de la transition environnementale. Elle me semble cependant assez mal équipée, surtout pour l’innovation de rupture car, comme le dit joliment mon ami Miguel Aubouy, « elle oublie de ne pas savoir5 ».

26En effet, dans l’innovation, il faut savoir oublier pour tout reconstruire : oublier ses modes de pensée, ses habitudes, ses concepts. Les jeunes pousses ont cette arrogance bénéfique de savoir réinventer le monde. Un talent pour faire table rase, foncer et reconstruire.

27À mon niveau, j’ai ainsi fait l’expérience de cette tension. L’objet de cette leçon inaugurale, c’est la possibilité d’un chemin de réconciliation. Comment concilier la puissance de la recherche fondamentale et de la science, sans aucune concession, tout en réussissant à sortir ces atouts des laboratoires en un temps court pour les transformer en technologie industrielle ?

L’univers selon Navier-Stokes

28Tout cela semble très théorique. C’est tout le contraire. L’innovation, ça se fait les mains dans le cambouis. La voie scientifique que j’ai choisie dans ce combat, c’est celle de la « mécanique moléculaire des fluides ». J’utiliserai le terme plus prosaïque de nanofluidique, qui décrit le comportement des fluides aux échelles nanométriques6.

29La « mécanique des fluides » est désormais entrée dans le langage courant, et chacun peut concevoir l’importance de comprendre comment s’écoulent les fluides pour les maîtriser. Ce qui est assez fascinant avec la mécanique des fluides, c’est qu’elle se résume en une unique équation mathématique, l’équation de Navier-Stokes, qui décrit l’évolution dynamique des champs de vitesse du fluide :

30Cette équation de Navier-Stokes embrasse en une seule ligne l’univers entier, depuis les galaxies, les ouragans, jusqu’aux vaisseaux sanguins et aux mouvements des microbes, en passant par le ricochet et les rebonds mystérieux et poétiques d’un galet sur l’eau – sujet qui m’a beaucoup intéressé avec mon ami Christophe Clanet7. Je suis toujours émerveillé d’une telle concision, d’une telle puissance prédictive. Elle ne contient – dans cette forme incompressible – qu’un seul coefficient, la viscosité (le coefficient η de l’équation ci-dessus). Toute la nature moléculaire du fluide, en quelque sorte son ADN, y est résumé en une seule valeur de viscosité. Cette équation est donc par nature universelle. Elle est d’une déraisonnable efficacité et d’une robustesse simplement géniale. Cette apparente simplicité est d’ailleurs trompeuse : on n’en a toujours pas fait le tour, ni d’ailleurs trouvé de solution mathématique. Avis aux amateurs !

La mécanique moléculaire des fluides

31À ce stade, vous pourriez donc me demander, à juste titre : mais quel intérêt d’explorer les fluides spécifiquement à l’échelle moléculaire ? c’est-à-dire d’étudier les écoulements dans les plus petits canaux imaginables ? Et en quoi s’agit-il d’un champ scientifique nouveau ? On a plutôt l’impression de restreindre notre champ de vision. Est-ce qu’il ne s’agit pas simplement d’une extension incrémentale de l’existant ?

32À cette question, je pourrais vous répondre que l’histoire de la physique a été bouleversée par la compréhension de l’existence même de particules élémentaires – atomes, molécules – et m’inscrire ainsi dans la tradition atomistique de Ludwig Boltzmann et de Josiah Willard Gibbs, à l’encontre de la vision continue d’Ernst Mach.

33Cependant, une autre réponse, c’est qu’aux petites échelles cette équation de Navier-Stokes est mise en échec. Elle devient invalide pour décrire les écoulements de fluides dans des canaux nanométriques. Ou, en tout cas, elle n’est plus suffisante et il faut introduire d’autres ingrédients pour décrire les écoulements : les détails moléculaires des fluides, leurs fluctuations, les propriétés quantiques des matériaux qui constituent les canaux, etc. On perd ainsi l’universalité de Navier-Stokes. Cela peut être perçu comme problématique mais c’est une bonne nouvelle car cette universalité peut s’avérer contraignante et limitante : aux nano-échelles, le diable est dans les détails, et cela conduit à des comportements inattendus et tout à fait impossibles à plus grande échelle. Ainsi, en se focalisant sur les échelles moléculaires, plutôt que de restreindre, on ouvre le champ des possibles.

34On peut le saisir en allant observer la nature. Pour moi, cela a été un émerveillement. La nature a développé une circuiterie de fluides aux échelles moléculaires qui est une véritable orfèvrerie. Elle a développé de véritables machines, qui sont fascinantes dans leur fonctionnement et leur robustesse.

35Prenons l’exemple du rein, dont nous avons étudié le fonctionnement il y a quelques années avec Sophie Marbach durant sa thèse8. Le rein sépare les toxines du corps humain, sous la forme d’urée, du reste du sang. Une fois les globules enlevés, ce qui est relativement aisé, il faut encore séparer l’urée de l’eau salée pour l’évacuer sous la forme d’urine. C’est formidablement complexe car toutes ces molécules sont finalement de taille et de composition assez comparables. On comprend bien ici que l’universalité est une contrainte dans cette tâche. Une approche purement technologique de cette séparation, telle qu’on la concevrait naïvement dans un laboratoire, consisterait probablement à concevoir un filtre à urée qui laisse passer l’urée mais pas l’eau salée : essentiellement une passoire. C’est ainsi que sont conçus tous les filtres pour réaliser la remédiation de l’eau, ou encore le dessalement.

36Mais la nature prend le contre-pied total de cette approche, dans un processus de séparation d’une incroyable subtilité. Tout se passe dans les néphrons du rein, et plus spécifiquement dans le tube de Henle, qui a une forme très particulière de « U ». Et cette géométrie a son importance car c’est un échangeur osmotique, tout comme il y a des échangeurs thermiques. Le fonctionnement intime de ce dispositif repose alors sur la combinaison de plusieurs types de canaux fluidiques à l’échelle du nanomètre.

37D’un côté, il y a les aquaporines, qui sont des filtres à eau exceptionnels, au travers desquels l’eau coule sous la forme d’un filet monomoléculaire d’eau. Leurs performances sont hors norme : ultra-perméables et ultra-sélectives, c’est-à-dire qu’il n’y a que l’eau qui puisse passer au travers de leur canal. Et de l’autre côté (dans la partie montante du tube de Henle), il y a les pompes ioniques à sodium. Ce sont des nanomachines car elles pompent activement le sel contre le gradient, en utilisant l’énergie de l’adénosine triphosphate (ATP).

38C’est cette combinaison de nanocanaux et de la géométrie d’échangeur osmotique qui permet de recycler l’eau et le sel et, à la sortie du tube de Henle, il ne reste que l’urée comme déchet. Ce processus de filtration par échangeur osmotique est très singulier, mais il a une efficacité impressionnante : nos reins filtrent près de 200 litres de sang par jour dans notre corps et on ne perd à peine qu’un litre d’eau sous forme d’urine ; 1,5 kilogramme de sel est en même temps réabsorbé. Et tout cela pour un coût énergétique extrêmement réduit, juste l’énergie fournie par un bout de banane. C’est proche de la limite imposée par la thermodynamique. Cette économie de moyens est évidemment vitale pour le corps humain.

39Cette séparation réalisée par le rein est non conventionnelle. Si l’on était capable de la reproduire sous la forme d’une technologie, elle constituerait une révolution pour la purification de l’eau. Il faut pour cela savoir fabriquer des filtres aussi efficaces que les aquaporines, ou encore des pompes ioniques, ce que l’on commence à peine à savoir réaliser.

40Ce que j’ai décrit ici pour le rein, on pourrait le discuter sur de multiples fonctions du corps humain. Je ne citerai que le fonctionnement neuronal qui, à partir d’eau et de quelques ions, est capable de réaliser un calculateur ionique d’une efficacité extraordinaire : notre cerveau. Avec l’équivalent de l’énergie de deux bananes par jour, le cerveau est capable d’opérations d’une complexité phénoménale pour traiter l’information ou stocker la mémoire, tout cela en utilisant les ions comme porteurs. Nos souvenirs sont ainsi faits d’eau salée ! Reproduire ce mode de fonctionnement est tout l’enjeu du calcul neuromorphique. Dans mon équipe de recherche, nous nous y sommes attaqués depuis quelques années avec la nanofluidique, en utilisant des systèmes ioniques artificiels, depuis la conception théorique, dans un travail magnifique de Paul Robin durant sa thèse, jusqu’à sa démonstration expérimentale il y a quelques mois9.

41Ainsi la nature utilise les écoulements aux nano-échelles pour réaliser de multiples fonctions biologiques, souvent vitales. Dans la nature, rien n’est statique, tout bouge, tout coule en permanence, loin de l’équilibre, car l’équilibre, c’est la mort.

42Peut-on alors s’inspirer de la nature et de cette orfèvrerie du mouvement, notamment pour des innovations technologiques ?

43Une première voie est de mimer directement ces briques élémentaires et leurs fonctionnalités. C’est une voie qu’a suivie par exemple notre collègue de Montpellier, Mihail Barboiu avec la fabrication de membranes à base de canaux biomimétiques pour le dessalement10. Ou encore la start-up Aquaporin, qui a réussi à fabriquer des membranes incluant des aquaporines en leur sein.

44Mais une voie différente est d’utiliser spécifiquement les propriétés physiques particulières des fluides aux échelles nanométriques et d’en tirer bénéfice.

Passoires shadoks et flots moléculaires

45Ceux qui l’expliquent le mieux, ce sont finalement les Shadoks, ces êtres bizarres inventés par le génial Jacques Rouxel et qui ont égayé notre enfance. Ces Shadoks s’avèrent d’excellents physiciens. On le voit dans un épisode sur la logique des passoires11. Pour séparer les spaghettis de l’eau, il faut simplement que les trous de la passoire soient plus petits que les spaghettis. C’est une évidence, mais finalement cela constitue le principe de base de toute l’industrie des membranes pour le dessalement ou la purification de l’eau, qui repose sur le tamisage moléculaire.

46Du reste, les Shadocks sont un tantinet plus fous, ou plus malins : ils ont inventé la passoire « complexe du 3^e ordre » qui, elle, laisse passer, contre toute attente, les spaghettis mais pas l’eau. Et c’est exactement cela que l’on veut réaliser : utiliser les lois bizarres qui régissent les fluides aux nano-échelles pour réaliser ces passoires complexes des Shadoks. Réaliser l’impossible. Pour le dessalement, pour l’énergie. Et on commence à savoir le faire grâce aux lois émergentes des fluides aux nano-échelles.

47Justement, quelles sont ces lois des flots moléculaires ? Aux échelles moléculaires, l’équation de Navier-Stokes ne suffit certainement plus et, plus généralement, l’approche en termes de continuum de la matière – non seulement le continuum hydrodynamique, mais aussi le continuum électromagnétique – est mise en défaut. En tant que passionné de livres de science-fiction, j’aime dire qu’il y a « rupture dans le continuum ». On s’attend donc à l’émergence de nouvelles lois, que l’on ne connaît pas vraiment.

48À ces échelles, les propriétés des flots résultent d’un mélange entre la mécanique des fluides, les propriétés statistiques des molécules loin de l’équilibre, mais aussi les propriétés quantiques des matériaux environnants. On passe dans le monde de la non-universalité, où chaque détail compte. C’est une difficulté et un défi, mais c’est également une chance et une richesse considérables que la nature exploite et qu’il faut donc comprendre pour le reproduire.

49Richard Feynman avait formalisé le concept dès les années 1950 en avançant l’idée visionnaire qu’« il y a plein de place en bas12 [aux petites échelles] ». Il soulignait d’ailleurs une subtilité de la miniaturisation qui ne se résume pas à une simple réduction d’échelle, car les assemblages d’atomes ne se comportent pas aux petites échelles comme aux grandes, puisqu’ils sont soumis plus intimement aux lois de la mécanique quantique. Cette vision a été largement suivie et exploitée pour les flots électroniques, et cela a conduit à une succession de révolutions scientifiques et technologiques au xx^e siècle, depuis l’invention du transistor jusqu’à la spintronique, en passant par l’ordinateur.

50Mais si les flots électroniques sont étranges aux petites échelles, qu’en est-il des fluides ? C’est justement ce domaine de la mécanique moléculaire des fluides, et de la nanofluidique, qui s’y attaque.

De l’eau qui coule au travers d’un nanotube

Figure 2

51Ce que l’on veut étudier, c’est exactement ce qui est illustré sur cette figure 2 : des molécules d’eau qui passent dans un tube de quelques nanomètres de diamètre. Même si c’est assez facile à réaliser dans un ordinateur, c’est bien plus compliqué lorsque l’on veut faire des expériences. Or, réaliser des expériences, se confronter à la nature, est crucial pour comprendre ce monde nanofluidique.

52Tel un Ernst Mach arrogant disant à Ludwig Boltzmann à propos des molécules : « dites-moi, vous en avez vu une13 ? », on aimerait effectivement voir les molécules d’eau bouger et couler dans les canaux nanométriques, avoir un microscope ou une caméra moléculaire. Mais, malheureusement, dans les milieux fluides, on est essentiellement aveugle aux nano-échelles.

53Tout l’enjeu est là : comment « voir l’invisible » ? Ou plutôt : comment « quantifier l’invisible » ? Pour élucider les propriétés particulières des flots moléculaires, il faut pouvoir réaliser des expériences contrôlées aux échelles nanométriques, expériences dans lesquelles on peut mesurer quelque chose. Ce n’est vraiment pas simple. Les instruments usuels de la mécanique des fluides sont totalement inadaptés.

54Par exemple, comment mesurer un flux d’eau ? Typiquement, on mesure les flux en remplissant un volume, mais il faudrait quelques milliards d’années pour remplir un verre d’eau au travers d’un tube nanométrique ! C’est le genre de questions que l’on se pose et auxquelles on sait maintenant apporter des réponses. On imagine des outils nouveaux pour mesurer, et donc pour comprendre. On se construit une boîte à outils. Et dans cette boîte à outils, le développement des nanomatériaux a été une chance considérable : les nanotubes de carbone (fig. 2), de bore-azote, mais aussi le graphène, les matériaux bidimensionnels en général et leur assemblage par collage dit « de van der Waals ». Cela a permis de concevoir des canaux artificiels dans lesquels on peut étudier les propriétés de l’eau. Et, grâce à tous ces efforts, il a été enfin possible de quantifier les écoulements de fluides aux nano-échelles, de façon systématique et reproductible. On a fait face à un véritable cabinet de curiosités de propriétés bizarres.

55Je voudrais aborder ici un exemple d’une telle étude, qui nous a bien occupés depuis une dizaine d’années. On a vu que l’écoulement de l’eau au travers des aquaporines était d’une efficacité incroyable. Il se trouve que l’écoulement au travers de nanotubes de carbone se fait presque aussi bien, voire parfois mieux, qu’à travers les aquaporines. C’est en tout cas ce que suggérait une ou deux expériences réalisées vers 2006 en utilisant des membranes constituées de milliards de nanotubes de carbone de quelques nanomètres de diamètre. Ici l’écoulement de l’eau était mesuré jusqu’à 10 000 fois plus rapide que ce que l’équation de Navier-Stokes prédisait. Incroyable ! et très mystérieux… Si ce résultat se confirmait, on pourrait immédiatement en imaginer les conséquences technologiques. Ce comportement de super-écoulements et la question de son origine ont suscité non seulement un engouement, mais aussi un vaste débat dans la littérature, car ils contredisaient toutes les attentes et théories existantes.

56C’est donc ce mystère qui nous a motivés pour nous lancer dans des expériences qui paraissaient un peu insensées à l’époque : étudier l’écoulement de l’eau dans un tube unique de rayon nanométrique, l’idée étant de pouvoir tout contrôler, et le prix à payer étant la difficulté de fabriquer un tel système. Nous avons commencé vers 2010 et il nous a fallu dix ans pour réaliser ces expériences et comprendre mathématiquement ces propriétés. Du côté expérimental, il a fallu concevoir et fabriquer des systèmes expérimentaux permettant de quantifier les écoulements et les flots ioniques au travers d’un nanotube unique. Pour cela, avec Alessandro Siria ainsi que mes collègues de Lyon à l’époque, nous sommes partis sur la piste de la nanomanipulation. Il est possible de manipuler des nanotubes individuels, de les déplacer, de les coller, de les couper. Par exemple, nous pouvons les insérer dans un trou de quelques centaines de nanomètres percé dans une membrane pour ensuite les y coller. C’est un vrai atelier à l’échelle nanométrique. Une fois ce système de nanotube assemblé, on peut y étudier les écoulements d’eau qui y passent au travers, ainsi que les flux ioniques.

Supra-perméabilité et frottement quantique

57C’est la base de nos expériences. D’ailleurs, comme je parle beaucoup d’échelles, c’est le moment de vous les préciser ici. Dans nos expériences, le réservoir a une taille d’environ 1 cm et le nanotube une dizaine de nanomètres. Si ce réservoir faisait la taille de cet amphithéâtre, le tube serait plus petit qu’un cheveu. Dans cette expérience, on étudie ce qui coule dans ce cheveu. On comprend la difficulté, on chasse les fuites, c’est de la plomberie de haute voltige.

58Notre but était de mesurer l’écoulement de l’eau qui traverse ce nanotube. Comme je le mentionnais précédemment, mesurer un écoulement dans un nanotube aussi petit est un défi en soi, car les flux d’eau y sont minuscules. Il fallait trouver une astuce expérimentale pour les quantifier. C’est ce que l’on a réalisé en 201614. Pour donner la saveur de cette expérience, j’en décris ici le principe général (fig. 3). L’idée est de créer un nanojet d’eau au travers d’un nanotube unique (fig. 3a). Si l’on ne sait pas mesurer la quantité d’eau qui passe au travers d’un nanotube, on sait en revanche mesurer la force que génère ce jet nanométrique, notamment pour repousser des billes micrométriques que l’on a dispersées dans un réservoir (fig. 3b) – un peu comme les appareils qui soufflent à l’automne sur les feuilles tombées au sol. C’est donc une astuce assez simple mais très efficace, qui nous a permis de quantifier pour la première fois les flux d’eau avec beaucoup de précision.

Figure 3

59Les résultats de ces expériences ont été surprenants. Tout d’abord, ces expériences nous ont montré que l’eau coulait de façon bien plus rapide que ce qui était prédit par le cadre usuel de la mécanique des fluides. Dans nos expériences, les écoulements sont jusqu’à des centaines de fois plus rapides qu’attendu. Cela, on le quantifie en mesurant le frottement de l’eau sur la paroi des nanotubes, caractérisé par le coefficient de frottement que je trace ici (fig. 4). On voit sur la courbe expérimentale que le frottement associé décroît lorsque le rayon diminue, jusqu’à quasiment s’annuler. Cela montre que l’effet de super-écoulement s’accroît lorsque le tube devient de plus en plus petit. À très petit rayon, le frottement devient extrêmement faible et l’eau coule quasiment sans frottement au travers des tubes de carbone. C’est une propriété tout à fait anormale des nanotubes, une sorte de « supra-perméabilité » particulière au frottement de l’eau sur le carbone. Et ce type de comportement donne toujours un « petit frisson » aux physiciens.

Figure 4

60C’est l’exemple prototypique d’effets fluidiques aux échelles nanométriques, un résultat étrange et totalement inconcevable à de plus grandes échelles. Cet effet, que l’on a mesuré en 2016, a défié notre compréhension, ainsi que celle de l’ensemble de la communauté, jusqu’à ce début d’année 2022. L’explication s’est avérée être un effet quantique absolument inattendu : un effet de « frottement quantique non conventionnel ». C’est le travail de thèse extraordinaire de Nikita Kavokine qui a permis de lever le voile sur ces effets15.

61En quelques mots, le frottement est souvent conçu comme une question de rugosité, sur laquelle les molécules d’eau viennent cogner, une vision très mécanique, celle d’un billard de molécules rebondissant sur la surface. Ainsi, plus une surface est rugueuse, plus elle frotte. Or ici, les parois de carbone des nanotubes sont extrêmement lisses à l’échelle moléculaire et, naïvement, on s’attend a priori à ce que l’eau glisse sans frotter dans les nanotubes. Néanmoins, ce n’est pas ce que l’on observe sur les plans de carbone ou les très gros nanotubes (typiquement de 50-100 nm de diamètre). C’était le mystère à résoudre : l’eau frotte beaucoup plus qu’attendu ! La raison qui a émergé, c’est qu’en plus du frottement « classique » lié à la rugosité il existait un phénomène de frottement d’origine quantique. Il ne fallait pas considérer l’eau comme un continuum, ou comme des sphères qui viennent impacter la surface, mais plutôt comme un ensemble fluctuant d’excitations collectives, une forme de nuée qui peut interagir avec les ondes et fluctuations quantiques des électrons du carbone. Pragmatiquement, les excitations collectives de l’eau – que l’on a appelées des hydrons – interagissent avec les ondes de charge – ce que l’on appelle des plasmons – à la surface du graphite. L’image que l’on peut s’en faire, c’est celle du vent qui vient exciter des trains de houle à la surface de la mer : ces trains de houle sont ici les ondes des électrons dans la mer de Fermi qui sont excitées par le flux de l’eau qui coule. Si l’on revient à nos histoires d’eau qui coule, le carbone est un matériau très particulier pour l’eau car ses propriétés électroniques sont telles que les ondes électroniques à sa surface, les plasmons, peuvent entrer en résonance avec le mouvement des hydrons de l’eau. Et cet effet de résonance dissipe beaucoup d’énergie et freine considérablement l’eau. Voilà donc, résumé en quelques mots, pourquoi via un phénomène de résonance, un phénomène d’onde, l’eau frotte beaucoup sur le graphite alors qu’il est a priori très lisse. Or on a pu montrer que cet effet de résonance quantique disparaît pour les nanotubes les plus petits. On libère ainsi les freins quantiques dans les plus petits nanotubes. Les écoulements de l’eau se déroulent quasiment sans frottement dans les nanotubes de quelques nanomètres.

62Cela n’est donc pas un phénomène classique et c’est ce qui donne tout le sel de cette explication. C’est aussi un puzzle qui s’est enfin assemblé. On ne s’attendait pas à un tel effet. Les conséquences fondamentales que l’on peut envisager sont considérables. On sait ainsi manipuler les flots hydrodynamiques via les flux électroniques, et vice-versa, dans un échange entre matière fluide et matière dure. Autrement dit, on peut envisager de réaliser une forme d’« ingénierie quantique des écoulements », à savoir utiliser des matériaux aux propriétés électroniques exotiques comme membranes pour réaliser des séparations moléculaires particulières ; envisager des effets tunnels fluidiques ; faire de la conversion énergétique thermo-électrique aux interfaces fluides, etc. On voit ici non seulement la nouveauté des effets émergents, mais aussi les opportunités nouvelles et les espoirs qui apparaissent.

63Notre quête actuelle, avec mon équipe et mes étudiants à l’École normale supérieure (ENS), c’est maintenant de traquer ces effets quantiques. Nous nous sommes associés à plusieurs groupes européens pour nous lancer dans cette quête. Et nous commençons à en voir les premiers résultats dans les expériences. C’est évidemment enthousiasmant.

64Plus généralement, c’est donc cela la mécanique moléculaire des fluides. On ne descend pas simplement à la cave des échelles nanométriques, on passe littéralement dans un autre monde et de multiples phénomènes nouveaux apparaissent. On y observe des superflots et des excitations quantiques, comme je viens de le décrire ici. Mais on y observe aussi beaucoup d’autres choses, comme par exemple des effets neuromorphiques dans les nanocanaux, qui nous ont permis de développer dans mon laboratoire des systèmes mimant les neurones et permettant de rêver à un calculateur ionique imitant le cerveau. D’autres chercheurs y ont prédit des phases super-ioniques à température ambiante, qui sont un peu l’équivalent de la superconductivité pour les systèmes ioniques, etc. La plupart de ces phénomènes manquent encore de compréhension théorique, ils manquent de lois.

65C’est une période exaltante, où chaque jour apporte son lot de surprise, c’est la recherche « en train de se faire ».

De la science à l’innovation

66À ce stade, prenons justement du recul et utilisons l’innovation comme angle de lecture : ces découvertes peuvent-elles, indépendamment de leur impact scientifique, conduire à des innovations ? Oui, non, peut-être ! Il faut en tout cas aller au-delà des incantations et appréhender la problématique du transfert technologique dans toute sa complexité et dans toute sa réalité.

67Par exemple, je vous affirmais un peu plus tôt que les nanotubes de carbone ont des propriétés exceptionnelles pour la filtration et le dessalement car ils laissent couler l’eau sans frottement, économisant ainsi une énergie considérable comme filtre. Ainsi, dès les premières expériences relatant ces phénomènes, vers 200616, des collègues américains avaient tenté d’exploiter ces propriétés en développant des membranes macroscopiques de nanotubes, avec l’idée de révolutionner le domaine des membranes pour le dessalement. L’entreprise Porifera avait été fondée aux États-Unis par Olgica Bakajin dans ce sens. Globalement, le développement des membranes de nanotubes de carbone a été un échec car la mise à l’échelle des membranes a été un échec. Fabriquer des membranes de nanotubes est possible à l’échelle de feuilles A4 ou A3, mais s’est avéré impossible au-delà, à ma connaissance. Or la filtration et le dessalement requièrent des centaines de milliers de mètres carrés, par exemple pour réaliser des usines de dessalement qui sont capables de filtrer jusqu’à des centaines de milliers de mètres cubes d’eau par jour. Et bien sûr je ne parle pas du coût financier prohibitif de la fabrication de ces membranes, qui est un élément clef pour réussir à imposer une nouvelle technologie. La réalité a alors tranché : les nanotubes n’ont pas trouvé leur marché. C’est une découverte qui ne s’est pas concrétisée en innovation.

68Cependant, le carbone se décline dans d’autres formes et dans d’autres phases qui conservent une partie des propriétés exceptionnelles que l’on a déclinées ci-dessus. Ainsi le graphène, matériau bidimensionnel d’épaisseur monomoléculaire, dont la découverte des propriétés a valu le prix Nobel de physique à Andre Geim et Konstantin Novoselov en 2010, a démontré tout son potentiel comme matériau dans le contexte des effets nanofluidiques. Le groupe d’Andre Geim à l’université de Manchester est d’ailleurs très actif dans le domaine. Des efforts considérables sont fournis pour mettre à l’échelle ce matériau, notamment pour les applications électroniques, et cela bénéficie aux applications nanofluidiques. La version « moins chic et peu chère » du graphène est l’oxyde de graphène, qui se présente sous la forme de feuillets de carbone bidimensionnels partiellement oxydés et suspendus dans l’eau. On peut très facilement et à faible coût en faire des membranes qui ressemblent à des millefeuilles. De multiples articles scientifiques ont démontré que ces membranes avaient également des propriétés exceptionnelles en termes de filtration ou de séparation. Est-ce que ces membranes lamellaires vont révolutionner le domaine des membranes, qui est largement dominé par les membranes polymériques ? Elles accumulent les avantages, et le sujet est maintenant ouvert. Ces matériaux font l’objet d’un travail considérable au niveau international et la compétition est acharnée.

Déconstruction

69La nanofluidique est en train de changer la donne dans le domaine des membranes avec des matériaux et des concepts nouveaux pour le traitement des eaux polluées, le dessalement de l’eau de mer ou la production d’énergie. Cependant, le prérequis, c’est la mise à l’échelle des découvertes. Une première leçon que j’ai apprise de l’expérience, c’est qu’une mise à l’échelle réussie nécessite de remettre à plat les principes scientifiques : il faut réussir à démêler les « principes élémentaires » des résultats fondamentaux mis en évidence par la science. Il faut laisser de côté tous les détails superflus et réduire la complexité des phénomènes à une épure des mécanismes physiques, chimiques ou biologiques à l’œuvre. Un principe de simplicité qui n’est pas sans rappeler les onze états successifs de la lithographie d’un taureau par Picasso.

70En matière d’innovation, cela permet de déterminer ce que l’on pourrait appeler les « spécifications fonctionnelles » de l’invention issue de la découverte scientifique. C’est très simple sur le principe : identifier quelles sont les propriétés physiques et chimiques réellement importantes pour obtenir la propriété mise en évidence et, sur cette base, élargir le spectre de la recherche, notamment en termes de matériaux, afin de trouver ceux qui remplissent le cahier des charges de la mise à l’échelle. C’est simple comme du bon sens et évident sur le papier, mais bien plus compliqué à mettre en œuvre, et souvent une étape bloquante. Par conséquent, pour trouver le matériau idéal, on scrute, on crible, on essaie avec ces spécifications en tête. Cette phase demande un dialogue permanent et de haut niveau entre science et ingénierie, une incubation scientifique de la technologie. C’est une extension du domaine de la science.

71Concrètement, cette incubation, nous la réalisons désormais au sein même du laboratoire avec la création d’une structure interne portée par une ingénieure de recherche, Lucie Ries. Dans mon équipe Micromégas coexistent ainsi des activités de recherche purement fondamentale et des activités de transfert technologique ; et c’est un accélérateur puissant. C’est ce chemin que l’on a suivi dans l’aventure Sweetch que je vais vous décrire.

Énergie osmotique : le rêve de récolter l’entropie

72Une des aventures les plus exaltantes que j’ai vécues, et que je vis toujours pleinement, dans ce mouvement entre science et innovation, c’est celle de Sweetch Energy, start-up qui développe une nouvelle technologie pour générer de l’énergie osmotique, une source d’énergie renouvelable. C’est le kairos, le moment opportun, qui a débuté vers 2010. La question scientifique, c’est celle de l’énergie osmotique. L’énergie osmotique réalise le rêve de convertir l’entropie en électricité. L’entropie, c’est le désordre, il est donc ironique de penser que l’on puisse en tirer une énergie électrique utilisable. Pourtant, c’est le cas. Concrètement, si l’on doit dessaler de l’eau, il faut par exemple la faire chauffer, donc fournir de l’énergie pour séparer l’eau du sel. Il est alors facile de comprendre que, par un procédé inverse, c’est-à-dire si l’on fait se rencontrer de l’eau fraîche et de l’eau salée, on peut recueillir l’énergie libre d’origine entropique et la convertir en électricité. Cela avait été proposé dès 1954 par le physicien anglais Richard Pattle. Et, pour cela, on va devoir utiliser des flux au travers de membranes nanoporeuses.

73L’énergie contenue dans un mètre cube d’eau salée est relativement réduite, 1 kilowatt-heure (kWh), mais les flux d’eau sur terre sont considérables. Une estimation qui a été confirmée récemment est qu’il y a environ 1000 à 2000 gigawatts (GW) de puissance osmotique réellement disponible dans le monde, soit l’équivalent de 1000 à 2000 réacteurs nucléaires de 1 GW. Il n’y a actuellement que 440 réacteurs nucléaires dans le monde. Un réservoir gigantesque donc : l’énergie osmotique, c’est tout sauf anecdotique. L’énergie osmotique est, de plus, une source d’énergie complètement renouvelable, non intermittente, décarbonée, mais aussi – et c’est très important – très dense du point de vue de la puissance au sol, à l’inverse de l’éolien ou du photovoltaïque par exemple.

74Cependant, les technologies actuelles pour recueillir cette énergie ne sont pas efficaces. Elles sont fondées sur l’utilisation de membranes et de phénomènes osmotiques. Ces technologies fonctionnent, mais elles souffrent de plusieurs défauts qui limitent le développement technologique de l’énergie osmotique. D’une part, ces technologies utilisent des membranes séparatrices fabriquées à base de polymères et qui sont très coûteuses en termes de matériaux. Et, d’autre part, ces technologies génèrent des puissances électriques par mètre carré de membrane qui sont trop faibles pour être rentables. Un chiffre qui traîne dans la littérature, c’est qu’il faut un minimum de 5 W d’électricité générée par mètre carré de membrane pour que le processus soit commercialement pertinent. Ce chiffre, souvent repris mais pourtant très fragile, repose sur un mélange d’estimations de rentabilité, de coûts opérationnels et de dépenses d’investissement. En effet, n’oublions pas qu’il faut des dizaines de milliers de mètres carrés de membrane, comme pour le dessalement, et que ces membranes sont chères.

75Voici le décor ainsi planté. Revenons maintenant à la science. Je vous ai parlé de nanotubes. Les premières expériences que nous avons menées avec Alessandro Siria, Anne-Laure Biance et d’autres n’utilisaient pas les nanotubes de carbone, mais ceux constitués de bore et d’azote (BN), qui est une sorte de jumeau inorganique du carbone. Nous avons beaucoup exploré le transport des ions au travers de nanotubes de BN et ces expériences ont donné de multiples résultats. Mais elles ont surtout permis de mettre en évidence un phénomène assez incroyable : lorsque chacune des extrémités du nanotube baigne dans un réservoir d’eau salée avec une concentration en sel différente, on mesure la génération de courants ioniques énormes. On transforme donc une différence de salinité en courant électrique. Et avec une performance inégalée, car si l’on convertit ces courants en puissance générée, on peut atteindre jusqu’à plusieurs milliers de watts par mètre carré – à comparer aux 5 W par mètre carré dont je parlais précédemment. C’était une nouvelle fois inattendu. Grâce à ces expériences en nanotube unique, nous avons pu décortiquer le mécanisme conduisant à de telles puissances. Le plus étonnant finalement, ce n’était pas tant le chiffre en lui-même que le fait qu’un courant puisse être généré. C’est un résultat qui était a priori contraire aux prédictions de l’osmose classique.

76Le cœur physique du phénomène s’est avéré être lié à un processus osmotique de surface non conventionnel, très différent de l’osmose usuelle – et d’ailleurs c’est un phénomène que j’avais commencé à étudier avec mon ami Armand Ajdari quelques années auparavant et cela a été une chance de le retrouver. Un second « miracle » a été que le BN s’est révélé être un matériau présentant une charge électrique de surface considérable, un ingrédient qui s’est avéré clef dans l’expression de ce courant osmotique. C’est la « sérendipité » scientifique. Ce que l’on a appris de ces expériences, et le point vraiment essentiel, c’est que pour générer un courant il n’y avait pas besoin de membranes avec des pores subnanométriques, comme celles utilisées par les technologies précédentes. En effet, le cahier des charges suggéré par ces résultats est tout autre, et cela a ouvert le champ des possibles.

77Finalement, ces ingrédients nanofluidiques ont constitué le fil rouge de la montée en échelle. Sur la base de ces résultats (et du brevet que l’on avait déposé), j’avais essayé en 2013 de faire le tour de grand groupes industriels, en vain. Et je le comprends, car ces résultats étaient trop amonts, trop différents des cadres de pensée usuels, et trop déconnectés de leurs propres intérêts industriels.

De la science fondamentale à la start-up

78La rencontre décisive s’est ainsi déroulée en 2014 avec des entrepreneurs visionnaires, Bruno Mottet, Pascal Lemélinaire, puis Nicolas Heuzé. Eux ont vu le potentiel des résultats de nos recherches pour les transformer en une nouvelle technologie d’énergie renouvelable. Cela a été le début de cette route, avec la création officielle de la start-up Sweetch. La première phase, intense, a été d’identifier des matériaux adaptés à la mise à l’échelle, avec toujours en fil rouge ce cahier des charges nanofluidique en termes de porosité et de charge surfacique. Avec Bruno Mottet et ses collaborateurs, nous avons exploré en commun différentes pistes, comme par exemple le dioxyde de titane, qui a produit d’excellent résultats en matière de conversion énergétique (il a d’ailleurs été breveté), et qui est un matériau qui peut être déposé sur de grandes surfaces (il est utilisé par exemple dans le photovoltaïque).

79Cependant, le pôle Recherche & Développement de Sweetch a récemment identifié un autre matériau biosourcé qui s’est avéré à la fois efficace dans la conversion énergétique et bien plus simple à mettre en œuvre à très grande échelle, par des techniques dites roll-to-roll. Et également beaucoup moins onéreux en coût de fabrication. C’est la base de leur technologie INOD. Ce faisant, on voit que l’on est passé d’une évaluation scientifique des performances, disons en rapports de deux unités physiques, des watts par mètre carré, à une évaluation financière en euros par kilowatt-heure, ce que l’on appelle « coût actualisé de l’énergie », (LCOE ou levelised cost of energy en anglais). En effet, le coût devient central à un moment de l’évolution d’une technologie, il faut évidemment qu’elle trouve son marché. En tant que scientifique, on ne peut pas éluder la question, mais plutôt l’intégrer dans ce type de recherche.

Pour réaliser l’industrialisation

80Les conditions étaient donc réunies par Sweetch pour passer à l’étape suivante, celle du pilote : une technologie de rupture pour les membranes, une mise à l’échelle possible, un matériau biosourcé, à coût contrôlé. Cette technologie permet désormais de fabriquer des modules – ce que l’on appelle des stacks –, qui sont la brique de base dans le légo de la mise à l’échelle. Cette rupture a convaincu la Compagnie nationale du Rhône de lancer un pilote sur le Rhône avec Sweetch en 2024, et aussi EDF de lancer une collaboration très fructueuse pour développer des projets osmotiques. Ses trente employés en 2022, probablement le double d’ici la fin de l’année 2023, majoritairement des doctorants et des ingénieurs, ont enclenché une dynamique irrésistible qui vise l’industrialisation de la technologie et pas moins que la fondation d’une filière industrielle souveraine. Le plus impressionnant est qu’il aura fallu dix ans entre la parution de notre article en 2013 et la création du premier pilote. C’est extrêmement court, et c’est un tour de force réalisé par la start-up Sweetch.

81On voit ici la puissance des start-up comme défricheurs éclairés. Leur courage et leur agilité sont capables de surmonter les pires difficultés. Elles sont bien plus efficaces que des gros consortiums pour attaquer des problématiques à l’interface entre science et technologie. Les start-up sont capables de rassembler des moyens financiers et humains pour les mobiliser de façon extrêmement efficace sur les points bloquants. Elles agissent en courroie de transmission pour la mise à l’échelle vers l’industrie.

82D’ailleurs, cela bouge à l’échelle internationale. Du côté de la recherche, de nombreux groupes travaillent sur le sujet de l’énergie osmotique, notamment en Asie, et particulièrement en Chine, et réalisent un criblage tous azimuts des matériaux, dans une dynamique qui n’est pas sans rappeler les années exploratoires des matériaux pour les batteries. Du côté politique, l’Europe a très récemment inclus l’énergie osmotique dans sa taxonomie des énergies renouvelables grâce à l’action de Sweetch, et cela devrait engager une dynamique européenne. En France, un amendement vient juste d’être voté à l’Assemblée nationale pour introduire l’énergie osmotique dans les énergies renouvelables. Mais il manque encore des politiques publiques ambitieuses.

83Une voie est donc maintenant tracée pour faire émerger cette source d’énergie comme un acteur majeur dans le mix énergétique. Cela ne résoudra certainement pas l’ensemble des défis qui nous font face. Mais cela soulagera les contraintes dans un moment crucial. Ce parcours montre aussi qu’il y a une voie possible entre recherche fondamentale et innovation technologique. Et la recherche peut avoir un réel impact pour attaquer les grands défis de notre société. C’est le chemin de la réconciliation.

L’eau et le dioxyde de carbone

84Nous parlions d’apporter de nouveaux atouts pour le défi de l’énergie. Les autres défis majeurs et immédiats sont l’eau et le dioxyde de carbone, le CO₂. L’eau est sans conteste un défi car le robinet reste encore une « roulette russe » dans de nombreux endroits à travers le monde. Et, même en Europe, chacun de nous a pu faire l’expérience de sècheresses lors de l’été dernier, qui nous ont tous interpellés et qui se reproduiront. Or les technologies de purification ont peu changé depuis des dizaines d’années. Ici encore, la nanofluidique offre des voies nouvelles qui permettent de dépasser la vision traditionnelle de tamis moléculaires. On y travaille dans le même esprit que ce que j’appellerais l’« esprit shadok ». Je vous cite un exemple de technologie sur laquelle nous travaillons au sein de l’équipe avec Lucie Ries et Soufiane Abdelghani-Idrissi. Littéralement, nous avons découvert que l’on peut réaliser une nanopompe électrique sur la base de phénomènes aux nano-échelles et qui permet de réaliser le dessalement et la purification de l’eau en utilisant une petite source électrique pour séparer le sel de l’eau, au lieu des pressions gigantesques usuellement utilisées. Cette technologie utilise d’ailleurs le fait qu’une membrane asymétrique se comporte comme une jonction P-N de l’électronique, c’est-à-dire une diode, sauf qu’ici il s’agit d’une diode osmotique. L’origine de ce phénomène nanofluidique est subtile, elle met en jeu un phénomène de « résonance osmotique », mais cela fonctionne parfaitement et à grande échelle. À ce stade, notre démonstrateur de laboratoire filtre quelques verres d’eau ; mais on accélère actuellement son développement au sein de l’équipe, notamment grâce à un programme de prématuration du CNRS, pour d’ici un an filtrer des dizaines de litres et bientôt des mètres cubes d’eau. Il sera alors opportun de créer une start-up pour accélérer la diffusion et rendre cette technologie accessible.

85Cette stratégie, nous l’appliquons dans tous les domaines liés peu ou prou à la nanofluidique. Et nous avons ainsi récemment cofondé plusieurs start-up dans ce sens : Hummink (qui développe une nouvelle technologie de nano-impression), Altr (qui développe de nouvelles membranes pour désalcooliser des boissons), UPI (qui fabrique de nouveaux types de microscopes à force atomique), etc. ; avec comme point commun cet engagement à faire sortir des découvertes fondamentales du laboratoire pour en faire des technologies de rupture.

86Ce qui est remarquable, c’est que l’on voit émerger cette ambition un peu partout dans la communauté scientifique française, notamment sur des sujets en lien avec la transition environnementale. J’aurais pu citer la start-up Tiamat, cofondée par Jean-Marie Tarascon et Patrice Simon pour réaliser les batteries à sodium, ou les start-up qui s’attaquent au défi – gigantesque – du CO₂ : ainsi Energo, cofondée par Michael Tatoulian sur la méthanation sous plasma ; Carboneo, cofondée par Marc Robert, et Dioxycle, cofondée par Marc Fontecave. On peut également mentionner les approches fondées sur la catalyse à atome unique, selon les travaux de Damien Voiry par exemple.

87Il y a une vraie effervescence de la recherche française dans ces domaines. Les idées fusent, les chercheurs s’engagent. Ce n’est pas un vain mot, car il s’agit de deeptech dure : réaliser la mise à l’échelle est un combat exigeant et il faut du courage. Il y a d’ailleurs une vraie spécificité française de ce point de vue. Comme me le disait Jean-Marc Dalle, qui dirige l’incubateur Agoranov, il y a un appétit pour la créativité en France, qui s’exprime par ces liens forts entre recherche fondamentale et entreprenariat. Cultivons donc cet appétit ! Et n’ayons pas peur.

88Chers amis industriels, ne ratez pas cette chance ! Il y a un moment à saisir, maintenant et ici en France. Vous êtes confrontés à un long-terme qui se rapproche à une vitesse folle. Néanmoins, sans vous, la transition environnementale ne se fera pas. Vous allez devoir prendre des risques, sortir du progrès incrémental. Sur la décarbonation, l’énergie, etc. Embarquez les chercheurs dans ce cheminement, dans la vision, faites-leur confiance et « réapprenez à ne pas savoir ». Vous en serez les premiers bénéficiaires.

89Chers décideurs publics, impliquez les chercheurs, prenez les conseils auprès de ceux qui ont le privilège de savoir. Sur le plan politique, les réactions restent dans le fond assez frileuses, notamment quant à l’innovation de rupture et les paris qu’il faut prendre. Il existe un vrai fossé culturel qui est difficile à enjamber et conduit à des rendez-vous ratés entre politique et science. Cependant, je garde espoir. Sur le plan économique et financier, des outils comme la Banque publique d’investissements (BPI) font déjà un travail remarquable. Du côté des institutions de recherche, j’espère sincèrement qu’elles vont mobiliser toutes leurs forces scientifiques dans ce combat, au-delà des rapports et des incantations actuelles, qui restent bien timides.

90Chers amis scientifiques, attaquons ensemble ces sujets. Demandons-nous chacun comment nos propres travaux fondamentaux peuvent être des atouts pour attaquer la transition environnementale, d’une façon ou d’une autre. Soyons proactifs, notre savoir nous oblige. Dans cette voie, nous pouvons agir concrètement, tout en nous libérant des multiples entraves à la recherche, et c’est une libération. J’aime nous considérer, nous chercheurs, comme des « Sisyphes heureux ». À nous donc de nous engager pleinement dans cette lutte.

91En effet, la transition environnementale a besoin de science, et d’une « science de combat ». La science propose des solutions, surtout pas des solutions miraculeuses, mais des atouts incroyablement efficaces pour soulager la transition.

92Je vais être concret et faire un rêve. Une voie efficace et concrète serait de proposer un centre à l’échelle de l’Europe et inspiré du CERN ou de ITER17 pour la transition environnementale. Un projet Manhattan pacifique. Un centre regroupant les meilleurs scientifiques associés à des ingénieurs, travaillant sur des défis identifiés et couplant par construction recherche fondamentale et innovation. Car les réalisations époustouflantes que je viens de citer, comme le CERN ou ITER, démontrent le meilleur de l’homme quand il se trouve face à un défi. « Libérons la science », comme le dit un rapport remarquable du Conseil international pour la science18. Pour cela, il va falloir faire confiance aux scientifiques. Travailler vraiment ensemble.

93Comme le disait le professeur Patrick Boucheron ici même, « nous sommes dans l’âge adulte, et par conséquent fatigués du prophétisme19 ». Mais cette ambition, on la doit aux jeunes générations. À nos enfants.

94Donc haut les cœurs ! Et un peu de panache.

95Finalement, c’est une histoire d’hommes et de femmes qui luttent ensemble. Et c’est ce que je vis jour après jour avec toutes ces personnes remarquables et incroyablement engagées avec qui je travaille quotidiennement. Et cela me rend optimiste.

96Merci de m’avoir écouté. Merci à mes collègues et à mes étudiants extraordinaires, aux entrepreneurs téméraires qui nous ont fait confiance, à mes amis, à ma famille. Merci à mes enfants, que j’aime à dire flamboyants, et à ma femme puissante.

97Et pour finir, je remercie l’école républicaine, qui n’est pas, j’en reste convaincu, un vain mot. Elle m’a fait découvrir qu’il y avait des mondes plus grands que le mien. Comme le jour où j’ai lu ce vers d’Apollinaire :

Mon verre s’est brisé comme un éclat de rire