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UN ÉTÉ D'EXCEPTION POUR LA MÉCANIQUE

Jean-Charles Guézel , Michel Le Toullec

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Durant la période estivale, pas moins de trois innovations radicales ont vu le jour. Point commun, elles exploitent toutes peu ou prou les avancées de la mécanique...

1 Les ondes de flexion

Qu'ils soient capacitifs, résistifs, acoustiques ou encore à infrarouges, les écrans tactiles ont, jusqu'à présent, toujours péché soit par leur fragilité, soit par une médiocre qualité optique, ou même les deux. Car, en plus d'être des écrans, ce sont aussi des surfaces rendues artificiellement sensibles par l'ajout d'un dispositif actif plus ou moins délicat, plus ou moins nuisible à la transmission lumineuse.

Rien de tel en revanche avec la technologie DST (Dispersive Signal Technology), dévoilée par 3M Touch Systems à l'occasion de la dernière manifestation de la Society for Information Display (SID), à Seattle (États-Unis).

Capteurs piézo-électriques

Alors que les technologies concurrentes opèrent par interruption d'un champ électrique, d'une onde acoustique ou encore d'un faisceau lumineux, le procédé mis au point par 3M se contente de ce qu'il trouve, c'est-à-dire de l'impact d'un doigt ou de tout autre objet sur la dalle. Ou, plus précisément, des ondes de flexion que cet impact produit et dont il s'agit de trouver l'origine. Comment ? Grâce à des capteurs piézo-électriques placés aux quatre coins de l'écran et chargés de transformer ces ondes en signaux électriques exploitables par une électronique de traitement.

Simple, apparemment. Encore fallait-il disposer d'une électronique et d'un logiciel capables de réaliser ce traitement rendu particulièrement complexe par la variété des fréquences et des vitesses de transmission rencontrées. D'autant qu'il fallait aussi tenir compte des réflexions et des interférences qui en découlent. Au final, un écheveau tellement emmêlé qu'il n'était possible d'en venir à bout qu'avec l'appui des derniers processeurs de signaux mis sur le marché... À condition, en plus, qu'ils aient été dotés d'une véritable "compétence" en matière de détection des ondes dans les solides. C'est à la société britannique NXT, connue pour ses haut-parleurs plans, qu'est finalement échu le développement de cette expertise.

Résultat : les deux écrans (de 17 et de 30 pouces de diagonale) présentés au SID, baptisés Micro Touch DST, se caractérisent par une exceptionnelle résistance aux rayures et aux salissures. Des atouts qui les destineront notamment aux ambiances industrielles mais aussi aux équipements hospitaliers, aux terminaux de points de vente... « Même la sensibilité au bruit acoustique, qui aurait pu constituer un inconvénient, ne pose en fait aucun problème jusqu'à 80 ou même 100 dB », affirme 3M.

La commercialisation des premiers produits est programmée pour le début 2005, à un tarif qualifié de "compétitif", tout particulièrement vis-à-vis des écrans capacitifs ClearTek du même 3M. Dans tous les cas de figure, quels que soient la taille ou le type de surface (plane ou bombée, verre ou plastique...), c'est en effet la même électronique qui sera mise en oeuvre. Un dispositif standard tenant dans un boîtier de seulement 2,5 x 3,5 pouces.

2 La microfluidique

Elle s'appelle Q-Chip. On s'attendrait à la voir s'exprimer dans le domaine de l'électronique. Il n'en est rien. Cette start-up britannique, créée en octobre 2003 à Cardiff, propose une technologie de fabrication de microparticules ou de microsphères destinées aux fabuleux marchés de la pharmacie, de l'agroalimentaire et des cosmétiques.

Alors, pourquoi un tel nom ? Tout simplement en référence au format puce (d'où le terme chip) du dispositif microfluidique que cette société exploite. Le système produit des microparticules une par une, mais... à très grand débit. Des particules qui permettront d'optimiser l'administration de molécules thérapeutiques, d'encapsuler des ingrédients alimentaires ou de protéger des actifs cosmétiques.

Présentée au salon Bio'2004 (à San Francisco, en juin dernier, voir aussi p. 54), cette technologie repousse les limites de l'ingénierie des particules de matière organique de quelques microns de diamètre. « Certaines méthodes de production, comme la vaporisation ou le procédé au jet d'air, peuvent altérer les propriétés des particules, assure Johanna Daniels, directrice du développement chez Q-Chip. D'autres approches sont difficiles à appliquer à échelle industrielle, notamment l'utilisation de fluides supercritiques. Notre technologie microfluidique produit, en quantités industrielles et dans des conditions douces, des particules ou des sphères de taille et de forme régulières. La variation de taille est inférieure à 1 % et ce, pour une échelle de diamètre comprise entre 1 à 1 000 microns ».

Autre atout : cette technologie n'engendre virtuellement aucun déchet de production puisque la totalité de la matière est transformée en particules présentant toutes la dimension voulue.

Mieux. Alors que les techniques actuelles font appel à des réacteurs volumineux, le procédé de Q-Chip exploite le format labo-sur-puce de quelques dizaines de centimètres carrés de surface.

Cette technologie a été conçue à l'origine par l'équipe de David Barrow, de l'université de Cardiff, spécialiste du micro-usinage de polymères. Le dispositif est en effet constitué d'un substrat en polymère biologiquement inerte, hydrophobe et compatible avec les protocoles de stérilisation ; en outre, il est approuvé par la Food and Drug Administration pour des utilisations en pharmacie, agroalimentaire et cosmétique.

Dans ce polymère ont été micro-usinées différentes fonctions nécessaires à un réacteur : mélangeurs, pompes... Toutes ces fonctions sont reliées entre elles par des capillaires - gravés eux aussi dans le substrat polymère - dont le diamètre détermine la taille et la morphologie des particules en sortie. C'est la combinaison de telles entités qui donne naissance à un système "massivement parallèle" permettant d'atteindre des productions chiffrables en tonnes.

Encapsuler des cellules souches

Lors du salon Bio'2004, Q-Chip présentait les atouts de sa technologie pour l'industrie pharmaceutique. L'un des enjeux est de développer des traitements administrables par inhalation à la place de l'injection. La taille des particules est fondamentale pour pouvoir transporter un médicament par voie pulmonaire. La taille idéale se situe entre 2 et 5 microns, ce qui est accessible avec notre technologie. Le procédé de Q-Chip convient aussi à l'encapsulation de principes actifs quelles que soient leurs formes : liquide, solide ou gel. Encapsuler des cellules souches neuronales pour le traitement de maladies neurodégénératives deviendrait ainsi possible.

Du côté de l'agroalimentaire, Q-Chip propose d'encapsuler des additifs, des arômes... Mais c'est surtout sur le créneau des aliments santé que la société mise le plus, avec l'encapsulation de probiotiques. Ces micro-organismes vivants (bactéries, champignons) à effet bénéfique sur la santé sont en effet sensibles aux conditions de stockage ou de mise en oeuvre industrielle. En plus, une fois consommés, ils sont fragiles au contact du milieu acide de l'estomac : leur taux de mortalité peut alors atteindre 90 à 99 % ! D'où l'intérêt de les protéger par encapsulation. Enfin, dans les cosmétiques, la technologie Q-Chip s'appliquera principalement à la protection d'ingrédients actifs mais aussi à l'amélioration de la texture

3 La micromécanique

Il y a plusieurs décennies, le remplacement des mémoires électromécaniques (des relais polarisés entre autres) par des équivalents 100 % électroniques a été un progrès. Demain, c'est le mouvement inverse qui pourrait se produire. Du moins si l'on en croit la société néerlandaise Cavendish Kinetics...

Créée il y a une dizaine d'années sur la base de travaux menés au Cavendish Laboratories de l'université de Cambridge (Royaume-Uni), cette entreprise s'apprête à commercialiser sous le nom de Nanomech des blocs de propriété intellectuelle qui, une fois matérialisés dans le silicium, s'avéreront capables de stocker l'information en jouant sur l'état (ouvert ou fermé) de minuscules commutateurs rassemblés dans un réseau Mems (microsystème électromécanique).

Concrètement, chaque bit met en oeuvre une électrode mobile se déplaçant au-dessus d'un contact fixe sous l'action de la force électrostatique générée par une tension de commande. Cette dernière étant très faible (de l'ordre de 1,5 V), aucun élévateur de tension n'est requis (contrairement à ce qu'aurait pu faire craindre le terme "électrostatique"). Et une fois le contact réalisé, ce qui réclame environ 50 nanosecondes, l'électrode reste en place même après disparition de la tension : ce sont les forces surfaciques qui prennent le relais. L'attraction qu'elles génèrent est si forte, et la masse de l'électrode mobile si faible, qu'il faudrait une décélération de 100 millions de fois la force de gravité pour qu'une cellule puisse changer d'état sous l'effet d'un choc ! Autant dire impossible. La mémoire est donc parfaitement "non-volatile".

Une robustesse à toute épreuve

Au-delà de l'exploit technologique, réel puisqu'il est question d'intégrer des millions de microcommutateurs, quels avantages y a-t-il à opter pour une telle solution ? Ils sont en fait nombreux. L'insensibilité aux radiations pour commencer - et il s'agit d'un problème de plus en plus sérieux pour les semi-conducteurs. La consommation ensuite, puisque la programmation d'un bit exige ici à peine 25 picojoules, soit grosso modo 1 000 fois moins qu'une mémoire classique. Il faut aussi évoquer la tenue en température (200 °C au lieu de 125 °C) et la fiabilité (au moins 20 millions de cycles) de cette mémoire, ainsi que sa compatibilité avec les processus de fabrication Cmos habituels.

Seul petit bémol : la taille des cellules, pas inférieure, semble-t-il, à celles d'une Eeprom classique.

Précisons enfin qu'après les mémoires à programmation unique (eTOP), la société devrait commercialiser, dès l'année prochaine, de très intéressants dispositifs à multiprogrammation (eMTP). Ces derniers seront simplement dotés, en plus, d'une électrode supplémentaire dite de "pull-up".

1 LES ONDES DE FLEXION MÉTAMORPHOSENT L'ÉCRAN TACTILE

3M a mis au point le procédé DST (Dispersive Signal Technology) qui détecte et localise directement les vibrations mécaniques dans tous les types de dalles. Les écrans tactiles ainsi équipés se caractérisent par une exceptionnelle résistance aux rayures et aux salissures. l'impact > Ne modifiant en rien la surface des écrans, le dispositif améliorera à la fois la qualité optique et la robustesse des terminaux tactiles les plus sollicités (ambiances industrielles, équipements hospitaliers...).

2 LA MICROFLUIDIQUE RÉVOLUTIONNE L'ENCAPSULATION

Grâce à sa technologie, la start-up britannique Q-Chip produit, sur un substrat polymère micro-usiné, des particules et des sphères de quelques microns de diamètre avec une extrême précision : la variation de taille est inférieure à 1 %. l'impact > Les trois marchés concernés sont gigantesques : la pharmacie, l'agroalimentaire et les cosmétiques.

LA MICROMÉCANIQUE BOULEVERSE LES MÉMOIRES

Cavendish Kinetics stocke les mégabits au moyen de contacts électriques mobiles logés dans des Mems. Contrairement aux mémoires conventionnelles, ces dispositifs électromécaniques se révèlent insensibles aux radiations. l'impact > Le militaire, le spatial et l'aéronautique, en premier lieu, apprécieront l'insensibilité aux radiations. De plus, ces mémoires sont très peu gourmandes en énergie et supportent mieux la chaleur.

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