La « nanoscience » est apparue récemment au confluent de la physique, de la chimie, de l'électronique et de la biologie. À l’échelle du nanomètre, les lois qui gouvernent les phénomènes défient notre intuition : les effets quantiques d’une part et le nombre des constituants d’autre part, empêchent une prévision simple des comportements. Aussi, les études expérimentales requièrent un support théorique et sont de plus en plus souvent guidées par des techniques de simulation numérique spécifiques. De même, les matériaux de haute technologie d’aujourd’hui et de demain, utilisés dans les cellules photovoltaïques, les mémoires d’ordinateurs, les LED, font l’objet d’études conjointes expérimentales et de simulations, ces dernières se plaçant également à l’échelle nanoscopique.

L’ampleur des défis posés par la simulation du comportement de la matière à l’échelle nanoscopique, en dépit des capacités extraordinaires des ordinateurs actuels, sera d’abord détaillée : certaines simulations durent plusieurs semaines sur de puissants ordinateurs parallèles. Le panorama des techniques de simulation sera esquissé. Différentes illustrations seront présentées. Nous nous intéresserons ainsi à la description des nanostructures de carbone, matériaux prometteurs pour l’électronique du futur. Nous discuterons également le comportement de nanostructures d’oxydes fonctionnels qui font actuellement l’objet d’intenses recherches, notamment pour leur utilisation en nanoélectronique.