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Ces composants du futur qui vont changer l'industrie

DOSSIER RÉALISÉ PAR RIDHA LOUKIL ET ANTOINE CAPPELLE

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Après l'informatique, l'électronique grand public puis la téléphonie mobile, les applications émergentes comme le smart grid, le véhicule électrique ou l'e-santé s'imposent comme les moteurs de l'innovation en électronique. Elles suscitent des développements tous azimuts. Objectif : faire rentrer « l'intelligence » partout ou presque.

L'électronique est indissociable de ses applications. Ses avancées sont immédiatement visibles dans les produits qui l'utilisent. Le smartphone en est aujourd'hui une belle illustration. Il met dans la poche les fonctions combinées d'un ordinateur et d'un téléphone portable. L'informatique, puis l'électronique grand public et plus récemment la téléphonie mobile ont suscité trois vagues de progrès. Aujourd'hui, ce sont des applications émergentes comme le smart grid, le véhicule électrique ou l'e-santé qui jouent le rôle de moteur de l'innovation.

Les développements suivent deux axes. Le premier vise à réinventer certains des composants clés comme les microprocesseurs multicoeurs aujourd'hui au centre de la plupart des appareils numériques. Les maîtres mots sont l'intégration, l'amélioration de l'efficacité énergétique et la baisse des coûts. Le second va plus loin avec l'ambition de créer des composants inédits. Les Nems en sont un bel exemple. Systèmes électromécaniques à l'échelle nano, ils ouvrent la voie à la réalisation de détecteurs de masse impossibles à concrétiser avec la technologie des Mems à la base des accéléromètres, gyromètres ou magnétomètres actuels. Les promesses sont fabuleuses dans la santé ou l'environnement. On pourrait ainsi disposer de systèmes capables, à la manière d'un alcootest, de déceler une crise imminente d'asthme ou les premiers signes d'un cancer des poumons simplement en analysant l'haleine.

Le silicium se présente comme la solution miracle

L'intégration demeure une quête constante en électronique. La loi de Moore, qui prévoit un doublement de la densité des puces tous les deux ans, ne se dément pas. En 40 ans, le nombre de transistors réunis dans les microprocesseurs est passé de quelque 2000 à plus de deux milliards. Mais la miniaturisation, qui conduit à ce résultat, s'approche des limites physiques. D'autres voies d'intégration se développent comme la construction de circuits intégrés en 3D ou le regroupement dans les puces de traitement numérique de fonctions analogiques ou optroniques jusqu'ici séparées.

Autre obsession : la baisse des coûts. C'est une nécessité dans les circuits photoniques destinés à remplacer les interconnexions électriques par des liens optiques dans nos ordinateurs. C'est aussi le cas dans les composants de puissance voués à la conversion d'énergie dans le véhicule électrique. Tout comme dans les LED utilisées dans l'éclairage. Le silicium se présente comme la solution miracle. C'est le matériau le plus courant en électronique. Les chercheurs veulent l'employer soit comme semiconducteur de substitution aux composés rares (arséniure de gallium, phosphure d'indium...), soit comme substrat pour la production à moindre coût.

EPC propose déjà des transistors de puissance sur silicium jusqu'à 200 V de tension. Il faudra monter à 600-800 V pour répondre au besoin du véhicule électrique. Pour l'éclairage, l'américain Brigelux a sorti une LED sur silicium susceptible de baisser les coûts de 75 %. La commercialisation est prévue en 2013-2014. En France, HelioDEL, une start-up au stade de l'incubation, est sur les rangs pour relever le même défi.

Enfin, le silicium sur isolant, une spécialité de Soitec, affiche ses promesses. Limité aujourd'hui aux circuits à hautes performances comme les processeurs des consoles de jeux vidéo, il devrait, selon la société grenobloise, se généraliser dès que la gravure descendra à 20 nm. À la clé, une amélioration des performances des puces de 30 % tant en vitesse qu'en consommation. Une aubaine pour les applications !

CROISSANCE

Malgré la catastrophe au Japon, le marché mondial des puces devrait croître de 7 % en 2011 pour atteindre 325 milliards de dollars. (source : IHS iSuppli)

À chaque application, une innovation

L'ÉCLAIRAGE Des LED blanches plus efficaces et bien moins chères, deux conditions pour faire décoller le marché. Une technologie développée au CEA-Leti et industrialisée par la start-up HelioDEL pourrait diviser par dix les prix tout en doublant le rendement lumineux.

LA SANTÉ Des détecteurs de gaz capables de détecter des molécules présentes en infime quantité dans l'haleine. Intégrés sur une puce grâce aux nanotechnologies, ils ouvriront la voie à des systèmes aussi simples à utiliser qu'un alcootest pour le diagnostic précoce de maladies comme le cancer des poumons ou l'asthme.

LE VÉHICULE ÉLECTRIQUE Des composants de puissance capables de convertir et de contrôler l'énergie électrique avec moins de pertes, mais à des coûts raisonnables. De quoi diminuer la consommation d'énergie et booster l'autonomie du véhicule.

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