MICROSYSTÈMES, technologie

Les domaines précurseurs

L'apport des microtechnologies dans les produits « grand public » – donc de grande diffusion industrielle et commerciale, et de faible coût – a été rapide, à partir du début des années 1990, dans trois secteurs industriels :

– les sous-systèmes de périphériques informatiques tels que les têtes d'émission de jet d'encre pour l'impression et les têtes de lecture et d'écriture de disques durs ;

– les montres-bracelets avec le microsystème « source et stockage d'énergie », aujourd'hui pourvues de fonctions complémentaires (altimètre, podomètre, mesure du rythme cardiaque, tensiomètre) ;

– les équipements automobiles pour le contrôle automatisé des moteurs et pour la sécurité des véhicules (détecteur de chocs ou airbag system, contrôle d'assiette).

Le microsystème « source et stockage d'énergie » représente typiquement l'approche actuelle de la diffusion des microsystèmes dans des produits portables traditionnels. L'idée de base est de concevoir une montre électronique sans pile ni batterie. La source et le stockage de l'énergie s'effectuent alors à partir des mouvements propres de l'utilisateur de la montre-bracelet, qui entraînent une masselotte faisant tourner à très haute vitesse (de l'ordre de 500 000 tr/min) une microgénératrice. L'énergie électrique fournie est stockée dans un supercondensateur en matériau polymère qui assure aussi la régulation du courant utilisable (fig. 3).

La combinaison des technologies microélectronique et micromécanique permet une plus grande diffusion des microsystèmes dans l'ensemble des secteurs d'application où les besoins de produits miniatures bon marché sont essentiels. Depuis le début du xxi^e siècle, le marché mondial des montres-bracelets est de l'ordre du milliard d'unités par an, dont plus de la moitié est destinée à des régions où la commercialisation des piles et batteries est peu répandue.

Dans le domaine automobile, les systèmes d'air-bag et les capteurs de pression pour l'injection de carburant dans les moteurs, qui font appel à des microsystèmes, sont des objets couramment utilisés, depuis 2001, sur les véhicules.

L'explosion des applications des microsystèmes

Devant le succès des applications citées précédemment, d'autres secteurs industriels ont rapidement pris en compte, dans leurs technologies, les approches de la miniaturisation et de l'intégration des systèmes avec des concepts nouveaux remplaçant la conception « homothétique » actuelle des systèmes (scaling-up) par une approche multiplicative à partir de microsystèmes élémentaires (numbering-up). Pour ce faire, on reproduit à l'identique N fois le microsystème pour obtenir du système complet N fois plus d'effet.

Trois grands domaines industriels sont particulièrement intéressés par les microsystèmes : les télécommunications, le génie des procédés chimiques et la biologie-médecine.

–  En télécommunications, la montée en fréquence électromagnétique ou optique a créé de nouveaux besoins et, donc, une augmentation du nombre de communications qu'il faut gérer simultanément aux entrées et aux sorties des faisceaux radiofréquences (RF) ou des faisceaux optiques. De nouveaux microsystèmes répondant à ces besoins sont proposés pour des fonctions d'interruption (switch) ou pour des aiguillages massifs de faisceaux (routeurs RF ou MOEMS, micro opto electro mechanical systems). Par exemple, la société Lucent Technologies a développé deux types de routeurs, l'un RF et l'autre optique. Le premier (RF 2×2) a été élaboré en technologie électronique rapide AsGa (arseniure de gallium, qui remplace le silicium) pour aiguiller des signaux radiofréquences à 30 gigahertz dans des[...]