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Miniaturisation et micro-fabrication: small is smart

Date de publication
24 février 2017
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miniaturisation

La miniaturisation et la microfabrication sont partout. Dans votre maison, dans votre entreprise, dans les nouveaux outils de conception ou de production.

Pensez aux capteurs d’accélération et de pression installés dans votre automobile, aux têtes d’imprimantes à jet d’encre, aux micromiroirs pour projecteurs numériques qui ne sont que quelques exemples.

L’idée de la miniaturisation et de la smartisation des produits est née des besoins des industriels occidentaux, belges et wallons notamment.

La miniaturisation, pour quoi faire ?

En résumé, la miniaturisation permet d’ajouter des capteurs ou des actionneurs sur des objets, d’augmenter l’intelligence de ceux-ci ou d’en réduire la taille. Elle trouve des applications dans de nombreux secteurs.

Les avantages des microsystèmes

miniaturisationIl y a « petit » et « petit ». Les débats sur les risques industriels, sanitaires et éthiques que pourraient engendrer les nanotechnologies (10-9) sont loin d’être clos. Par contre, la miniaturisation (10-6) repose, elle,  sur des bases physiques désormais bien maîtrisées. La fabrication de microsystèmes est suffisamment stable pour que l’industrie en use sans craintes. Et profite de tous ses bienfaits.

Les avantages des microsystèmes sont connus, écrit le Comité d’Experts Micro et Nano Systèmes du CNRS-STIC dans un rapport de prospective sur les micro et nano systèmes.

Le plus important de ces avantages, est la miniaturisation. À fonction équivalente, les microsystèmes apportent un gain en volume et en masse. Inversement, ils permettent de réaliser plus de fonctions dans le même volume.
Un 2e avantage, plus souvent négligé mais important, est la réduction de la consommation d’énergie. La consommation des microsystèmes est souvent inférieure à celle du système équivalent.
Cela s’explique par :

  • les faibles masses mises en jeu;
  • les nouveaux modes d’actionnement (électrostatique par exemple).

Même si cela peut se faire au prix d’une diminution du rendement.

La réduction du coût est également souvent mise en avant. Un 3e avantage qui s’explique par des techniques de fabrication collectives caractéristiques des microsystèmes. Des techniques qui permettent de diminuer très fortement le coût unitaire des pièces produites.

Toutefois, ceci n’est valable que pour des forts volumes de production (centaines de milliers de pièces par an ou plus). En dessous de ces quantités, la réduction du coût de production est moins sensible. Elle est en outre en partie occultée par le coût de développement, qui est important quelle que soit la taille de la série de production.

Enfin, il est possible que ces systèmes présentent une meilleure robustesse que leurs équivalents macroscopiques. Pourquoi?

En raison:

  • d’une part de leur faible taille,
  • d’autre part de l’utilisation de matériaux proportionnellement beaucoup plus robustes (car monocristallins, par exemple). Ceci reste toutefois à quantifier.

Quelques domaines applicatifs en microfabrication 

Biologie et santé : pompe en silicium permettant l’injection ‘bolus’ (la dose exacte et nécessaire, ni trop, ni trop peu) de médicament.

shutterstock_116283283Avantage : la sécurité du patient et l’allègement du coût du traitement. Le prix de certains biomédicaments de nouvelle génération peut atteindre plusieurs centaines d’euros le microlitre.

Transport, aéronautique et spatial : dans un volume de 10 mm³, les chercheurs de la défense américaine ont fait tenir tout un système de navigation, qui permet de s’affranchir du GPS.

Très utile, quand le GPS n’est plus accessible (tunnel…) et surtout quand il n’est pas question de compter uniquement sur lui pour atteindre sa cible (guidage de missiles, de drones, d’engins sous-marins…).

L’exemple du football : il n’y a pas que les entreprises high-tech qui ont compris l’intérêt du « micro ». Lors du Mondial, les protège-tibias de la sélection espagnole ne servaient pas seulement à parer les mauvais coups. Dotées de capteurs, ces plaques de protection permettent d’informer en direct le sélectionneur ibérique. Il connaissait ainsi la distance parcourue par chaque membre de son équipe, ou pouvait mesurer sa vitesse d’accélération.

miniaturisationLes communications avancées : les paiements Bancontact via Smartphone sont possibles tant dans les magasins que sur les sites en ligne. Pour payer par internet, il suffit désormais de scanner un code avec son Smartphone. Les données du paiement n’ont plus qu’à être confirmées grâce au code PIN.

La micromanipulation et la robotique : le « manipulateur » (Percipio Robotics) est une micropince brevetée capable de manipuler sans les agresser, des objets fragiles mesurant de 1 à 100 µm.

Applications visées : les assemblages horlogers, le montage de microroulements, la manipulation de microcristaux…

Les travaux publics :  on évoque aussi l’élaboration de routes intelligentes. L’apparition de plaques de verglas, ou de brouillard, peut être indiquée préventivement aux véhicules via des réseaux communicants. Ceux-ci transfèrent uniquement l’information aux véhicules concernés.

En Wallonie, on y travaille !

Le Small Lab (Sirris Micro Application Lab) : « L’idée de la miniaturisation et de la smartisation des produits est née des besoins des industriels occidentaux, belges et wallons notamment. Ils sont désireux de faire face à la concurrence des produits low-cost, entre autres asiatiques. Une bonne façon de répondre à ces défis était de livrer des produits plus « intelligents que les autres », explique Olivier Gramaccia, Expert in Smart Products & Services chez Sirris.

miniaturisationRestait à définir ce que voulait dire « intelligent » pour une entreprise. Ce sont les centres de recherches appliquées qui, avec les industriels, ont été chargés de répondre à cette question. « Le Small Lab a été chargé, il y a 4 ans, de soutenir cette démarche en s’équipant de nouvelles technologies pour appliquer la recherche dans la science du micron. On parle ici de microtexturing, smartcoating, aerosol jet printing, microélectronique et microcapteur, etc ».

Les équipes de Sirris ont ainsi soutenu les travaux de recherche de PhysIOL®, une entreprise liégeoise créée en 1986. Elle est spécialisée dans la fabrication d’implants intraoculaires pour la chirurgie de la cataracte. PhysIOL® a notamment commercialisé une lentille filtrant la lumière bleue toxique. Cette lentille permet de retarder la dégénérescence maculaire due à l´âge. « La fabrication de lentilles intraoculaires fait appel à de nombreuses compétences dont les méthodes de micro-usinage », précise Christophe Pagnoulle qui dirige le département de R&D de PhysIOL® .

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