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L’auto-assemblage, parfois rapproché de l'auto-organisation, désigne les procédés par lesquels un système désorganisé de composants élémentaires s'assemble et s'organise de façon spontanée et autonome, à la suite d'interactions spécifiques et locales entre ces composants. On parle d'auto-assemblage moléculaire lorsque les composants en question sont des molécules, mais l'auto-assemblage s'observe à différentes échelles, des molécules à la formation du système solaire et des galaxies en passant par l'échelle nanométrique. Les formations météorologiques, les systèmes planétaires, l'histogenèse et les monocouches de molécules auto-assemblées sont autant d'exemples du phénomène d'auto-assemblage.
Il s'agit donc d'un procédé réversible dans lequel des parties préexistantes ou des composantes désordonnées d’un système préexistant forment des structures avec un plus haut degré d’organisation. L'auto-assemblage peut être classé comme étant statique ou dynamique. Si l'état ordonné du système se produit lorsqu'il est en équilibre et ne dissipe pas d'énergie, on dit que l'auto-assemblage est statique. Inversement, si l'état ordonné nécessite la dissipation d'énergie, on parle alors d'auto-assemblage dynamique.