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Vingt-cinq technologies à découvrir

Réalisation de trous carrés, soudage par impulsion magnétique, brasage de cartes électroniques par jet d'encre... Autant de procédés de fabrication pour le moins étonnants et dont on soupçonne peu l'existence. Ils sont pourtant nombreux et concernent tous les secteurs industriels. Industrie et Technologies a repéré vingt-cinq technologies autant originales qu'utiles. Découverte de la sélection.

 

1. USINAGE ULTRASONIQUE

80 000 coups de diamant par seconde

 

Les outils de découpe en diamant monocristallin sont déjà utilisés pour fabriquer des moules et des inserts d'une grande précision, en dimension comme en qualité. Mais ces outils de tournage étaient jusqu'alors incapables d'usiner l'acier trempé. L'arrête de coupe se dégradait beaucoup trop vite, à cause de l'affinité chimique entre le carbone (diamant) et l'acier, qui transforme la zone de contact en graphite. Pour y remédier, l'astuce consiste aujourd'hui à enrober les pièces en acier trempé d'une couche de nickel-phosphore, une solution qui allonge le temps de cycle, coûteuse et polluante.

À l'été 2011, deux chercheurs de l'institut Fraunhofer pour les technologies de production (IPT) ont créé la société Son-x pour commercialiser une technologie née dans leur laboratoire : une machine capable d'usiner directement l'acier trempé grâce à une vibration ultrasonique du diamant monocristallin. Le contact entre la pièce et l'arrête de coupe est interrompu 80 000 fois par seconde, ce qui évite l'échauffement et la réaction chimique. Résultat : la durée de vie de l'outil est multipliée par un facteur de 100 à 1 000 selon la forme à usiner, pour un état de surface (Ra) obtenu inférieur à 5 nanomètres.

Le traitement de surface devient superflu, ce qui réduit le risque d'éraflures et éradique la délamination. Cette technologie se destine principalement à la fabrication de moules pour injection plastique. Elle est adaptée à l'usinage du titane, du nickel et des alliages qui en dérivent, avec les degrés de précision demandés par les applications médicales et optiques.

« Nous pouvons réaliser des pièces planes ou concaves jusqu'à 80 millimètres de diamètre et des pièces convexes jusqu'à 160 millimètres de diamètre », explique Benjamin Bulla, directeur général de Son-x.

 

2. USINAGE DE TROUS CARRÉS

L'outil qui résout la quadrature du cercle

 

Le Dijet Corner Mills, de l'outilleur japonais Dijet Industrial, autorise la réalisation d'un trou carré à l'aide une simple fraiseuse. Le centre de l'outil triangulaire suit, dans le porte-outil, une trajectoire spécifique, faisant décrire un carré aux trois pastilles d'usinage. Il devient ainsi possible de fraiser un trou carré avec un outil rotatif.

Le suisse Vika propose de son côté un système permettant de fraiser un trou carré en extrémité d'arbre, mais sur un tour. Un canon de fraisage fixé en bout de l'arbre guide une fraise montée flottante sur la poupée. Vika a également développé un système pour usiner des trous hexagonaux.

 

3. FONDERIE DE STRUCTURES ALVÉOLAIRES

Mousses métalliques

 

Les pièces réalisées par un process de transformation métallurgique sont en général pleines. Au mieux, elles sont évidées grâce à l'utilisation de noyaux de sable, dont le liant est détruit au contact du métal en fusion. La société Alveotec, créée fin décembre 2011, industrialise un procédé baptisé castfoam (littéralement « mousse de moule »). Il devient possible de fabriquer, en fonderie, des structures alvéolaires et donc des pièces comprenant jusqu'à 85 % de trous. Cette technologie, sur laquelle le Centre technique des industries de la fonderie a déposé trois brevets, concurrence les systèmes de déformation de treillis métalliques, la technique d'injection d'un agent moussant pour faire mousser l'alliage en fusion (le TiH2 pour l'aluminium) ou le frittage de poudre (prototypage rapide). Le noyau utilisé dans le castfoam est constitué aussi de sable et de liant, mais sous forme de galettes se superposant pour créer le négatif de la forme à obtenir. Les trous dans la pièce finale peuvent mesurer de 10 à 70 millimètres de diamètre. Les applications visées se trouvent dans l'allégement, l'absorption d'énergie lors de chocs mais plus encore dans les échangeurs thermiques. Proche, le procédé de fonderie à mousse stochastique produit aussi des éponges métalliques mais dans lesquelles la position des trous est aléatoire : le moule est rempli de billes denses constituées d'une poudre organique qui se délite au contact du métal en fusion.

 

4. FONDERIE À L'ÉTAT PÂTEUX

Les métaux se la coulent douce

 

Pour ne pas se faire ensevelir par des sables mouvants, il ne faut pas se débattre. Pourquoi ? Parce que c'est la pression exercée par l'agitation de la personne prise au piège qui fluidifie le sable et le rend mouvant. Cette propriété physique s'appelle la thixotropie. Elle permet également au dentifrice de sortir du tube... et aux alliages métalliques de prendre la forme d'un moule sans passer par l'état liquide. Classiquement, en fonderie, les alliages métalliques fondus prennent la forme d'un moule en s'y déversant soit par gravité, soit par injection, avant solidification. « On cherche, en général, à améliorer la coulabilité des alliages à l'état liquide », explique Patrick Hairy, responsable R et D produit process fonderie du Centre technique des industries de la fonderie (CTIF).

Les techniques de mise en forme des métaux à l'état pâteux représentent le parfait contre-pied à cette philosophie : elles transforment les alliages métalliques (aluminium, acier, cuivre, magnésium, etc.) dans leur intervalle de solidification : entre leur état solide et leur état liquide, les métaux sont dans un état visqueux. Quasi-solides, sous forme de lopins, il suffit de leur donner une vitesse - en leur appliquant une pression - pour que leur viscosité diminue. Malléables à merci, ils prennent alors la forme voulue. Les pièces obtenues offrent une meilleure résistance mécanique que celles réalisées à partir d'alliages liquides. Les défauts dits de retassure, qui se créent lors du passage de l'état liquide à l'état solide, diminuent de moitié, proportionnellement au temps de refroidissement. Au final, le processus de fabrication d'une pièce dure 10 à 20 % moins longtemps. Si le principe est connu depuis longtemps, la technologie reste pour l'instant l'apanage des laboratoires et centres de R et D. « Ce système a de l'avenir pour les coques en magnésium d'appareils électroniques haut de gamme et les pièces automobiles pour lesquelles on cherche l'allégement, reprend Patrick Hairy. Cela ne s'appliquera qu'à de la grande série car la mise au point est un peu longue. » La société québécoise Stas utilise le procédé baptisé Seed (Swirl enthalpy equilibration device) breveté par Alcan. Ses machines passent le métal à l'état pâteux et se greffent aux machines de fonderie sous pression classiques. En Europe, l'entreprise italienne Idra commercialise le procédé SSR (Semi-Solid Rheocasting) développé par le MIT (Massachusetts Institute of Technology). La technologie peut être adaptée aux presses de moulage sous pression horizontale comme verticale.

 

5. ROBOT D'ASSISTANCE

L'effet Popeye

 

Cobot. Pour robot collaboratif. C'est ainsi que la société RB3D, créée en 2001 à Auxerre (Yonne), a baptisé sa machine d'assistance à l'effort, mise au point en collaboration avec le CEA-List et le Cetim. L'opérateur est toujours là. Il meule, ponce, burine des pièces

ou manipule des produits. Mais l'effort impliqué par cette activité est pris en charge par le bras d'assistance fixé au-dessus de son poste de travail et qu'il dirige par une poignée. Le Cobot annule aussi les vibrations, afin de lutter contre les si tristement connus troubles musculo- squelettiques (TMS). L'homme sert donc de contrôle commande et l'intelligence embarquée dans le bras mécatronique amplifie sa force d'un facteur 1 à 50 (selon les réglages effectués) grâce aux remontées d'informations en provenance d'un capteur d'effort. Le premier client du Cobot (qui ne désire pas se faire connaître) a été livré en décembre 2011. Un démonstrateur portant un outil de parachèvement de pièces de fonderie devrait rejoindre le CEA durant ce premier semestre. Le Cobot coûte entre 150 000 et 200 000 euros, étude d'implantation et ingénierie de mise en place incluses.

 

6. ASSEMBLAGE MAGNÉTIQUE

Jonctions de haut volt

 

Souder, sertir, former, découper, le tout, sans toucher les pièces, c'est la magie de l'impulsion magnétique. Si la théorie qui sous-tend cette technologie a été révélée dans les années 60, son entrée dans l'industrie n'est que récente. Notamment grâce à la société toulousaine Bmax, née en mai 2011. Coup de projecteur sur son procédé de soudage magnétique.

 

GÉNÉRATION DE COURANT

L'énergie nécessaire à la soudure est délivrée par des condensateurs en série capables de décharger des millions d'ampères, en quelques microsecondes, dans une bobine. La machine démarre sous l'action d'un capteur de présence des pièces à assemblerou à la demande d'un opérateur. Elle peut souder jusqu'à 15 couples de pièces par minutes.

 

DES AMPÈRES AUX NEWTONS

En parcourant la bobine, le courant délivré induit un courant en sens inverse dans la pièce externe. Ces deux courants génèrent des champs magnétiques opposés très puissants - plusieurs dizaines de Tesla. La bobine et la pièce externe se repoussent, comme deux pôles identiques d'un aimant : la pièce externe est touchée vers la pièce interne à une vitesse de 200 à 1 000 mètres par seconde. La bobine, massive, ne bouge pas.

 

PROPRE ET ROBUSTE

À l'impact, le métal passe à l'état viscoplastique. L'onde de choc se propage à travers la pièce externe. Au fur et à mesure de l'avancée de la pièce externe sur la couche interne, l'air est chassé, emportant avec lui impuretés et oxydes. Les surfaces deviennent chimiquement pures, condition nécessaire à la décohésion atomique engendrée par la pression qu'elles subissent. Elles s'associent alors par liaison atomique et conservent leurs propriétés mécaniques.

 

7. IMPRESSION 3D

Le fichier CAO, pièce fonctionnelle

 

Les pièces fabriquées par impression 3D prennent du galon. Si celles réalisées par agglomération de poudres ou par dépôt de couches plastiques successives par des têtes d'impression restent principalement décoratives, celles issues de technologies de frittage laser de poudre plastique ou métallique deviennent fonctionnelles. « Les fabricants de machines-outils utilisent l'impression 3D pour réaliser des pièces complexes, des circuits d'air ou de poudre par exemple, explique Éric Carreel, président de Sculpteo, start-up de prestation de service en impression 3D. Pour ce type de produit de petite série et évoluant très souvent, c'est plus économique que de faire fabriquer un moule. » D'autant qu'au cours des deux dernières années, les machines de frittage sont devenues plus robustes et plus fiables tandis que leur multiplication (surtout aux États-Unis) a tiré les prix vers le bas. Le secteur du médical utilise déjà ces technologies pour réaliser des implants à partir des radiographies du patient transformées en fichiers CAO. En juin 2011, un consortium belgo-néerlandais a ainsi réalisé une première mondiale : greffer une mâchoire inférieure entière, en titane, à une octogénaire. L'automobile s'y intéresse aussi. Certains constructeurs se sont équipés de machines de frittage de poudre pour pouvoir fabriquer en interne des pièces de bancs de test spécifiques. Plus largement, un nouveau modèle économique se construit, autour de la personnalisation. Au Consumer Electronic Show, à Las Vegas, en janvier dernier, Scupteo a annoncé le lancement d'un moteur d'impression 3D, le Sculpteo integrated Cloud Engine. Cet outil logiciel, utilisable par n'importe quel site de vente en ligne, amène le consommateur à personnaliser ce qu'il veut acheter - poignées de meuble, coque de téléphone portable, etc. Des contraintes informatiques, transparentes, l'empêchent de rendre le produit trop fragile ou infaisable. Après une cotation en ligne, l'acte d'achat lance la production par impression 3D. « Une étape de finition reste nécessaire pour les pièces d'aspect », avoue Éric Carreel. Au regard de la vitesse d'évolution de ces technologies, cet écueil sera vite surmonté. À tel point que le site de partage de fichiers The Pirate Bay propose désormais, en plus des vidéos, fichiers audio et e-books, le téléchargement de fichiers CAO, baptisés « physibles. »

 

8. FABRICATION CRYOGÉNIQUE

Coup de froid sur la machine-outil

 

Septembre 2011 fut le mois de la cryogénie industrielle. Le 28, Air Products présentait à Bobingen (Allemagne) le cryobroyeur PolarFit, refroidi à l'azote liquide. Il permet l'obtention de particules ultrafines (de 45 à 250 microns) de plastiques et polymères à haute performance, et de caoutchouc, matériaux auparavant trop difficiles à broyer. Quelques jours plus tôt, à 600 kilomètres au nord, à l'EMO de Hanovre, le fabricant de machine-outil MAG faisait entrer l'usinage dans l'âge de glace. Il a présenté cinq machines cryogéniques. Sur les centres cinq axes verticaux et horizontaux, le tour ou le robot d'usinage, le principe est le même : « Une bouteille d'azote liquide délivre son gaz à - 196 °C et 3 bars à travers des circuits sous vide créés dans la broche, l'outil et chaque plaquette de la fraise », explique Armin Wunderlich, expert en cryogénie du constructeur. Le fluide arrive à chaque instant au point de contact entre l'outil et la pièce travaillée, là où ça chauffe. De quoi contenter les professionnels façonnant des matériaux difficiles à usiner : titane, alliages Inconel, aciers durcis, ou même fibres de verre ou de carbone, la cryogénie évitant la fonte de la résine et donc le risque de délaminage. Si elle est 10 à 15 % plus chère qu'une machine classique, cette technologie évite l'utilisation de liquide de coupe et de pompes ainsi que les opérations de nettoyage et de séchage. Le constructeur assure que son système augmente la durée de vie des outils d'au moins 30 % et réduit les temps de cycle d'autant. L'aéronautique et les producteurs de turbines d'éoliennes sont les premiers intéressés. La technologie a été qualifiée par Lockheed Martin.

 

9. EXFOLIATION MÉCANIQUE DU GRAPHÈNE

Des mines de crayon au carbone nano

 

Du graphène à foison! Constitué d?une monocouche d?atomes de carbone, ce nanomatériau prometteur manquait encore d?une méthode de production fiable. Plus pour longtemps, grâce aux travaux de l?équipe d?Izabela Janowska, au Laboratoire des matériaux, surfaces et procédés pour la catalyse du CNRS de Strasbourg. La machine développée est rudimentaire : un moteur rotatif pousse, en sens inverse d?un disque abrasif, des mines de crayon en graphite. Les pelures accumulées à la surface du disque sont détachées par immersion dans un bain d?éthanol soumis aux ultrasons. Le matériau collecté mesure de une à quinze couches d?épaisseur, d?où son nom de «few layers graphene» (FLG). Le prototype actuel produit une centaine de grammes par semaine. À en croire la chercheuse, la montée en cadence sera rapide: «Nous pouvons multiplier la capacité d?un facteur cinq à dix en construisant un plus grand prototype, ou en installant plusieurs machines en série.» L?industrialisation n?est pas si loin, surtout que l?exfoliation mécanique présente d?autres atouts: «Notre méthode fonctionne à température ambiante et à partir de matériaux abondants ? des mines de crayon ? et ne nécessite aucunement l?utilisation de produits chimiques agressifs», s?enthousiasme Izabela Janowska, qui l?oppose à l?énergivore mode de production des nanotubes de carbone. Àla mi-2012, une start-up devrait voir le jour pour commercialiser les premières applications du FLG (catalyseur, additif?). Le nomretenu pour l?instant est éloquent: Graphene Leader.

 

10. ÉLECTROFILAGE

L?électricité fait naître des implants

 

L?électrofilage consiste à transformer, grâce à un courant, des solutions de polymères en filaments d?un diamètre de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres. Les premiers développements voient le jour, comme les implants chirurgicaux de l?entreprise israélienne Nicast. Le polymère dissous chargé électriquement est rempli dans une seringue à proximité d?une électrode de charge opposée : au niveau de l?embout, la solution est éjectée et le jet va se solidifier avant d?atteindre le support. On obtient alors une nappe de fibres très résistante, avec un fin maillage dans lequel peuvent s?entrelacer des molécules fonctionnelles, comme des anticorps.

 

11. TISSAGE 3D DES COMPOSITES

Haute couture dans les textiles techniques

 

Traditionnellement, les renforts de matériaux composites sont constitués d?un réseau de deux fibres orthogonales. Mais il est possible d?ajouter par différentes techniques (couture, tricotage, tressage, tissage) une troisième fibre dans l?épaisseur du tissu pour augmenter sa résistance et l?alléger puisque les interstices sont plus grands. «L?intérêt est de consolider le textile et d?éviter le phénomène de délaminage », ajoute François Boussu, professeurassocié et chercheur à l?Ensait de Roubaix (Nord). Pour profiter de ces matériaux, les grands de l?aéronautique et de l?automobile font appel au savoir-faire de l?industrie textile. Safran délègue ainsi le tissage 3D des fibres de carbone qui lui serviront ensuite à fabriquer ses contrefiches de trains d?atterrissage. Ce qui n?empêche pas ces tisseurs de l?extrême de déposer des brevets. Ce qu?a fait François Boussu en 2008 pour protéger l?invention d?un textile 2,5D ? l?angle formé entre la fibre transversale et les deux autres est inférieur à 90 degrés ? pour le blindage militaire. À base de polyéthylène à poids moléculaire ultra-haut, le composite est réalisé sur un métier à tisser spécial dont l?école garde précieusement le secret. Celui-ci est encore au stade de prototype, la dimension des panneaux étant limitée à 50 centimètres de large sur 3 mètres de long. «Mais le passage à l?échelle supérieure s?opère très facilement », assure François Boussu.

 

12. TISSAGE TRI-COMPOSANT

Usine à vêtements intelligents

 

Imaginez les possibilités d?un vêtement intégrant trois fonctions : résistance, délivrance médicamenteuse et conductivité électrique. C?est désormais possible, grâce à un équipement du Centre pour les nanotechnologies et les matériaux intelligents (Centi), à Vila Nova de Famalicão, au Portugal. Cette ligne est capable d?extruder trois polymères différents puis de les tisser dans un même fil, selon une variété de structures : alignés, en cercles concentriques ou encore à la façon «île-en-mer» ? où un polymère est noyé en 64 îlots au sein d?un autre polymère. Selon la responsable de l?activité fibres du Centi, Ana Ribeiro, la technologie permet d?intégrer, plus précisément que le tressage et le tricotage, une à plusieurs fonctions intelligentes dans un textile.

 

13. IMPRÉGNATION ÉLECTROSTATIQUE

Textiles fonctionnalisés sans solvants

 

Grâce à l'imprégnation par voie sèche, le fabricant de moquette Beaulieu a laissé tomber le latex, revêtement traditionnel contre l'abrasion des textiles. Outre l'économie d'eau et de solvants qui en résulte, l'abandon du latex permet le recyclage de sa moquette. Le procédé innovant, conçu par la société Fibroline, s'appuie sur des poudres pour fonctionnaliser les textiles. Mises en mouvement sous l'effet polarisant d'un champ électrique alternatif, ces poudres viennent se loger dans les fibres des textiles poreux et épais. L'expertise de Fibroline réside dans la conception et la formulation des poudres, ainsi que dans le réglage du champ électrostatique garantissant une imprégnation homogène. Une première machine est installée chez Beaulieu. Elle traitera jusqu'à 25 millions de mètres carrés de moquette par an. Fibroline a également reçu le prix de l'innovation Techtextil à Francfort pour un procédé de fabrication sans latex de tapis de voiture. Elle étudie aussi la possibilité d'intégrer les résines thermodurcissables aux textiles pour produire des composites par voie sèche.

 

14. MICROTEXTURATION PAR LASER

Des pièces au nanomètre près

 

L'usinage des pièces mécaniques à l'échelle microscopique permet de réduire les pertes d'énergie par frottement. Une piste suivie par les constructeurs automobiles, de plus en plus sensibles à l'efficacité énergétique de leurs systèmes. La société HEF mise ainsi sur la microtexturation par laser, « un outil programmable et précis, donc propice à l'industrialisation », selon Louis Mourier, responsable R et D. Déplaçant la pièce sur quatre axes et le laser sur deux, son prototype, développé conjointement avec l'École centrale de Lyon, peut graver des motifs micrométriques en « évaporant » des cavités au nanomètre près. Pour l'heure, le procédé se cantonne aux pièces de haute technologie équipant plusieurs écuries de Formule 1. Pour s'attaquer aux grandes séries automobiles, la société devra pousser la cadence de sa machine de la minute... à la seconde.

 

15. CHROMATOGÉNIE

Imperméabilisez le papier comme vous l'imprimez

 

Comment rendre un papier imperméable à l'eau ou aux graisses ? La méthode traditionnelle préconise de diluer un principe actif « barrière » dans un solvant, y faire tremper le papier, puis le laisser sécher. Mais ce processus est long, ce qui explique qu'aucune application industrielle majeure n'ait encore vu le jour. La start-up iséroise BT3 Technologies a trouvé une voie bien plus rapide : la chromatogénie. Elle tire parti de la diffusion quasi immédiate et homogène de certains composés à travers les matières organiques lorsqu'ils passent à l'état de vapeur. Actuellement en démonstration au Centre technique du papier (CTP), sa ligne pilote écoque un procédé d'impression classique dans lequel les rouleaux de papier sont entraînés par des rotatives. Le revêtement est déposé grossièrement à intervalles réguliers. Un rouleau chauffant opère ensuite sa diffusion en jouant sur la tension de vapeur. Enfin, les gaz acides issus de la réaction sont neutralisés avant rejet. L'installation, longue de 50 mètres, traite jusqu'à 400 mètres de papier par minute. Selon BT3 Technologies, plusieurs cessions de licences sont actuellement en discussion pour adapter le procédé sur des sites industriels. D'ores et déjà, un industriel de la papeterie va l'intégrer pour augmenter la résistance de ses produits. D'autres issus de l'emballage alimentaire l'étudieraient pour développer des substituts biodégradables ou facilement recyclables. Les premiers produits ainsi imperméabilisés à l'eau, mais aussi aux graisses ou aux gaz devraient arriver sur le marché vers la fin 2013.

 

16. EMPILAGE DE PUCES EN BOÎTIER

Superposer des puces sans les déshabiller

 

La technologie PoP (Package on Package) constitue une voie originale d'assemblage de composants en 3D. Au lieu de monter les puces à la surface du circuit imprimé, elle consiste à les empiler sur deux niveaux, sans les débarrasser de leur boîtier, réduisant ainsi la place occupée sur la carte électronique. Elle s'applique aux circuits intégrés conditionnés en boîtier à billes BGA (Ball Grade Array), en général de la mémoire au-dessus d'un circuit de traitement. Le sous-traitant Novatech Technologies fait partie des rares spécialistes en France à la maîtriser. Sur son site de Pont-de-Buis (Finistère), il la met en oeuvre pour des applications à fortes contraintes d'encombrement (téléphonie mobile, automobile, avionique, médical, etc.) sur deux machines de placement automatique de composants, l'une de Siemens, aujourd'hui ASM International, l'autre d'Europlacer. Les modules PoP ont été spécialement développés en partenariat avec ces fournisseurs entre 2009 et 2010. Au prix d'un investissement d'environ 100 000 euros. Cette technologie réclame un savoir-faire pointu notamment en brasage.

 

17. AMINCISSEMENT DES TRANCHES DE SILICIUM

Des puces aptes à se fondre dans le papier

 

Les tranches de silicium contenant les puces électroniques mesurent au départ 600 à 700 µm d'épaisseur. Mais les puces destinées aux boîtiers ultraplats, aux cartes à puces, aux modules empilés 3D ou aux pièces d'identité électroniques ne font plus que 300, 200, 100 ou 75 µm. La différence s'explique par l'amincissement, une opération qui consiste à réduire l'épaisseur des tranches au point de les rendre aussi fines et molles que le papier. Mise en oeuvre depuis longtemps pour les applications de cartes à puce et boîtiers de moins de 1 mm d'épaisseur, cette technologie connaît aujourd'hui un grand boom lié au développement des pièces d'identité électroniques et de l'empilage des puces en 3D. Le passeport électronique, par exemple, impose une finesse de 75 µm pour que la puce soit noyée dans la couverture.

L'amincissement ressemble au meulage-rectification. Il fait appel à des machines comme celles fournies par la société allemande Disco. L'opération entraîne de fortes contraintes mécaniques susceptibles, quand elles ne sont pas maîtrisées, d'endommager les puces. Un relâchement des contraintes est d'ailleurs opéré par balayage d'un faisceau plasma froid. Une fois amincie, la tranche de silicium devient fragile et difficile à manipuler. En France, la plate-forme d'études et de recherche Micropacks, à Rousset (Bouches-du-Rhône), dispose d'une machine Disco.

 

18. BRASAGE PAR JET D'ENCRE

500 points de soudure par seconde

 

Plus besoin d'écran de sérigraphie spécifique à chaque carte électronique pour déposer la crème à braser les composants. Avec la machine My500 Jet Printer de MyData, le dépôt de crème s'adapte presque instantanément à n'importe quel produit. La crème est déposée par impression à jet d'encre au rythme de 500 points de soudure par seconde, ce qui correspond à une cadence de placement de 30 000 composants par heure. Avantage : une grande flexibilité pour la réalisation de prototypes et petites série. Le sous-traitant Eolane, qui l'utilise depuis 2011 sur son site de Valence, a ainsi divisé par trois les temps dechangement de série. Un gain appréciable puisqu'il change quatre ou cinq fois par jour la fabrication de prototypes et petites séries. À cela s'ajoutent l'économie de l'écran de sérigraphie (200 000 à 300 000 euros), la suppression des pertes de crème à braser et l'élimination de la maintenance des outillages. De quoi amortir l'investissement de 450 000 euros en moins de deux ans.

 

19. CORRECTION OPTIQUE DES MASQUES

La lumière dessine les bons motifs

 

À regarder de près, le dessin inscrit sur le masque utilisé pour insoler le circuit intégré ne correspond pas parfaitement à celui obtenu sur le silicium. Un carré parfait sur ce pochoir en verre se traduit par un carré aux bords et angles déformés sur le circuit. En cause, les aberrations optiques liées à la propagation de la lumière UV à 193 nm employée pour l'insolation du circuit. La technologie OPC (Optical Proximity Correction) a la magie d'effacer ce problème. Elle consiste à dessiner un faux motif sur le masque qui, compte tenu des aberrations optiques, produira le bon motif sur le circuit. La géométrie à inscrire sur le masque est déterminée par calcul à l'aide d'un logiciel comme ceux proposés par Mentor Graphics ou Brion Technologies. L'opération OPC est d'autant plus laborieuse que le circuit à réaliser est complexe. STMicroelectronics utilise cette technologie sur son site de Crolles, près de Grenoble (Isère).

 

20. CONSTRUCTION DE PUCES EN 3D PAR TSV

Les interconnexions se noient dans le silicium

 

La technologie TSV (Through Silicon Via) suscite un grand espoir pour augmenter la densité des circuits électroniques au-delà des résultats de la loi de Moore. L'idée est de construire des circuits en 3D en superposant les puces de façon collective, tranche sur tranche. Et au lieu de fils, comme c'est aujourd'hui le cas pour les circuits 3D, les interconnexions sont intégrées directement dans le silicium sous la forme de trous enterrés, appelés TSV. Ces trous microscopiques mesurent typiquement 10 µm de diamètre sur 80 µm de profondeur, et on tend à descendre à des dimensions de 5 µm sur 50 µm. Percés par gravure ionique sur toute l'épaisseur de silicium, ils sont ensuite remplis d'un métal conducteur - du cuivre ou du tungstène - par voie électrochimique. Chaque puce en comporte des centaines, voire des milliers. On envisage d'interconnecter ainsi jusqu'à huit puces pour réaliser des modules mémoire, ou des supercomposants combinant mémoire et processeur, capteur d'image et circuits de traitement, etc. La réalisation des TSV nécessite une dizaine d'opérations et des équipements de gravure spécifiques comme ceux fournis par LAM Research. Cette technologie pose deux difficultés : le bon remplissage des trous pour assurer la qualité de connexion électrique, et l'alignement parfait des tranches de silicium. Elle commence à être appliquée à des modules mémoires chez Samsung, Toshiba, Micron et Elpida.

 

21. FABRICATION PAR IMPRESSION

L'électronique devient souple

 

Imprimer des circuits électroniques comme on le fait pour le papier ou les textiles : tel est le principe de l'électronique imprimée. Cinq techniques d'impression sont envisagées : la sérigraphie, le jet d'encre, la flexographie, l'offset et la rotative (roll-to-roll). Elles consistent toutes à créer le circuit en déposant ses éléments à partir d'encres spécialement formulées à cet effet. Chaque technique a ses avantages et ses inconvénients. La sérigraphie garantit de bons résultats pour des dépôts de 20 à 100 nm, mais sa lenteur la réserve aux petites quantités de circuits à faible résolution. Le jet d'encre est adapté au dépôt direct d'encres polymères qui bouchent moins les buses que les encres métalliques ou céramiques. Il est privilégié pour les produits spécifiques, fabriqués en petites séries. L'offset supporte différents supports et sa rapidité le rend intéressant pour les grands volumes. Le roll-to-roll convient à la production en continu de systèmes à grande surface.

L'impression ne rivalise pas en termes de résolution et de densité avec les techniques traditionnelles de photolithogravure. Mais elle ouvre la possibilité de réaliser des systèmes électroniques sur supports souples (papier, plastique, polymère...) - étiquettes RFID, écrans, panneaux d'éclairage, cellules solaires et batteries - qui s'intègrent dans la voiture, le mobilier ou l'habillement.

 

22. FABRICATION D'ÉPIDERMES RECONSTRUITS

Bienvenue dans l'usine de peau

 

L'Institut Fraunhofer a mis au point une plate-forme de fabrication de peau. Le procédé se déroule en quatre étapes :

PRÉTRAITEMENT Une biopsie de peau est stérilisée, coupée en surface et mélangée à des enzymes qui vont dégrader les fibres de collagène du derme.

SÉPARATION DU DERME ET DE L'ÉPIDERME Après traitement, l'épiderme, fin et transparent, qui contient les kératinocytes, est dissocié du reste de derme qui renferme les fibroblastes. Les deux types cellulaires sont transférés dans des milieux de culture différents (vitamines, facteurs de croissance...).

MULTIPLICATION DES CELLULES La culture est entretenue jusqu'à obtenir le nombre requis de cellules, après quoi ces dernières sont détachées de la surface.

RECONSTRUCTION 3D DE L'ÉPIDERME Les fibroblastes sont répartis dans une plaque 24 puits, et mélangés à du collagène. Une fois ce derme reconstitué, un automate distribue les kératinocytes par-dessus. L'étape suivante se déroule sans milieu de culture : les kératinocytes vont alors acquérir la structure tridimensionnelle propre à l'épiderme.

 

23. CULTURE DE CELLULES CARDIAQUES

Traitement d'urgence pour le coeur

 

La médecine régénératrice promet de réparer tissus et organes endommagés grâce aux cellules souches. Mais les techniques restent pour l'heure très artisanales, ce qui s'oppose au traitement de patients en nombre. C'est le cas de l'infarctus sévère du myocarde, qui touche 1 million de personnes chaque année entre l'Europe, le Japon et les États-Unis. La start-up Cell Prothera développe, en partenariat avec Bertin Technologies, un automate qui prépare, en 9 jours à partir des cellules souches, du sang du patient, un greffon capable de restaurer les vaisseaux sanguins et le myocarde affecté.

 

24. CONFECTION DE GÉNOME ARTIFICIEL

L'accélérateur d'évolution

 

« Darwin express », « Spoutnik biologique », la créature de Philippe Marlière, chercheur au Genopole, diffère singulièrement du monde vivant : l'une des quatre bases du code génétique de cette bactérie est un composé synthétique. Une machine de culture dédiée a été conçue. Cinq mois ont suffi à intégrer le nucléotide artificiel. Le but est désormais de remplacer les trois autres bases de l'ADN, pour disposer d'un organisme domestiqué pour de nombreuses applications. « Le principal débouché concerne la chimie, et le greffage de motifs sur les nucléotides pour les transformer en catalyseurs », explique Philippe Marlière. Et si cette bête de foire s'évadait des tubes à essai ? Elle mourrait, assure le chercheur, faute de trouver dans la nature les nutriments apportés par la machine.

 

25. FERMENTEUR à D'ANTIBIOTIQUES

Les OGM jouent les pharmaciens

 

Utiliser un composé sécrété par une bactérie pour en détruire d'autres. C'est une des pistes explorée actuellement par le français Deinove, qui crible ses micro-organismes phares, les déinocoques, à la recherche de nouveaux antibiotiques. La société dispose d'une banque de 3 500 espèces de la même famille. « Nous recherchons en priorité des molécules actives contre les bactéries à Gram négatif, où le besoin est plus important », explique son directeur général, Jacques Biton. Une fois la molécule isolée, l'entreprise passera à la production, sans doute à partir d'un déinocoque modifié par génie génétique. « Puisqu'on utilise des outils issus du déinocoque, et que le transfert de caractères se fait entre bactéries affiliées, il ne s'agit pas d'un OGM, au sens réglementaire du terme », souligne le dirigeant.

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