ITE1050 by INFOPRO DIGITAL

cc FÉVRIER 2022 - 16,50 € N°1050

MICROÉLECTRONIQUE

LES PUCES VOIENT LEUR AVENIR EN 3D

UN HOMME, UNE TECHNO PAGE 4

Il marie le spatial et les objets connectés KARIM RAMI PRÉSIDENT D’HIOTEE

CAHIER TECHNIQUE PAGE 49

Le silicium conquiert la photonique LE FUTUR DU TRAITEMENT DE L’INFORMATION

édito

bjectif 100 %. Renault a déclaré à la mi-janvier vouloir devenir entièrement électrique en europe à l’horizon 2030. Même si l’accélération est modeste par rapport aux 90 % annoncés en juin dernier, elle confirme un virage total et brutal, qui n’est pas propre à Renault. À quelques années ou quelques exceptions géographiques près, nombre de grands noms de l’auto tels Daimler, Volvo et Opel se sont engagés sur le 100 % électrique en 2030. ce sont des millions, voire des dizaines de millions de batteries lithium-ion de quelque 50 kWh qu’il faudra donc produire en moins d’une décennie, sans compter celles dix fois plus puissantes des tracteurs routiers, comme celui lancé par Volvo en janvier. la tâche paraît impossible et les gigafactories n’y pourront rien changer : la disponibilité des matériaux aura toutes les peines du monde à suivre le rythme, tout particulièrement en europe. la pénurie annoncée est générale. À commencer par la disponibilité des matériaux aura les métaux comme le nickel – qui a déjà vu son cours doubler en cinq ans –, le cobalt et le lithium. Mais aussi toutes les peines le graphite, qui pourrait manquer dès 2023-2026 selon du monde à suivre le consultant Benchmark Minerals. les constructeurs le rythme de la automobiles en sont bien conscients et multiplient les transition électrique. contrats d’approvisionnement de long terme, comme Renault avec le finlandais terrafame. De l’extraction à la transformation, l’heure est à la mobilisation en europe, notamment dans l’Hexagone où le plan France 2030 prévoit déjà 1 milliard d’euros pour l’approvisionnement en métaux critiques. À la suite du rapport Varin sur le sujet, remis le 10 janvier au gouvernement, un fonds d’investissement dans des mines est même envisagé. les ordres de grandeur sont cependant tels, que le scénario le plus probable reste celui d’un crash, les ambitions électriques se fracassant contre le mur des pénuries. Peut-être est-ce là l’opportunité pour d’autres technologies de batteries, même moins performantes que le lithium-ion, mais moins gourmandes en métaux critiques, de se faire une place dans la mobilité. cc

InduStrIe & technOLOGIeS N° 1050 féVrIer 2022

Pascal guittet

Crash éleCtrique Manuel MOragues rédacteur en chef

un homme, une techno

Karim rami PRéSIdENT d’HIoTEE

Il marie le spatial et les objets connectés Ancien concepteur de cartes radio, cet ingénieur a fondé HIoTee, qui élabore et commercialise des concentrateurs reliant les objets connectés aux réseaux satellites. Son credo : en finir avec les zones blanches pour l’internet des objets.

oîtier rose pâle sous le bras, Karim Rami entre d’un pas rapide dans les locaux du Business & innovation centre de Montpellier. Il a choisi ce lieu effervescent pour présenter sa start-up HIoTee (prononcez «IoT»), créée en 2018. «Nous fusionnons deux mondes: les objets connectés et le spatial. J’appelle cela l’IoT sat », annonce l’entrepreneur. L’idée est d’assurer une connexion à l’IoT via une liaison satellite partout dans le monde, même dans les zones blanches (sans couverture réseau), qui représentent 80 % de la planète. Sa solution : un «concentrateur» –le boîtier rose– adossé à des capteurs industriels. Celui-ci centralise les données transmises localement par les protocoles de communication radio (Sigfox, LoRaWAN, Bluetooth…), puis les envoie à l’utilisateur par le réseau satellite. Accompagné d’une antenne, d’un panneau solaire et d’une batterie, il permet de surveiller en temps réel n’importe quel site industriel. Une aubaine pour les mines, les plateformes pétrolières ou les ports. C’est grâce à sa double casquette que Karim Rami a imaginé le mariage du spatial et des objets connectés. Porté

Des concentrateurs biDirectionnels multiprotocoles Les concentrateurs (ou gateways) d’HIoTee embarquent une carte électronique et des modems compatibles avec les protocoles de communication standard terrestres – LoRaWAN, Bluetooth, Sigfox… – et satellites. Ils sont bidirectionnels. Le microprocesseur traite, compresse et chiffre les données communiquées par les capteurs du réseau. Elles sont transmises par le satellite à l’utilisateur sur un cloud sécurisé et sont supervisées sur une interface dédiée ou accessibles par une API.

par ses rêves d’enfant, il suit une formation d’ingénieur en radiofréquences à Montpellier, ville qui l’a vu grandir. «Petit, j’étais le réparateur du quartier, j’adorais démonter les télévisions et les ordinateurs. C’était inné, je trouvais ça facile.» Son diplôme en poche, il intègre Coronis Systems, le leader mondial de la télérelève des compteurs d’énergie, pour y développer des cartes radio. Si sa voie semble toute tracée, elle se heurte aux réalités économiques: lors d’un second rachat de l’entreprise, il décide de partir, tout comme la majeure partie de son équipe. «J’ai quitté mon poste un mois après mon mariage, et mon épouse et moi avons repris nos études!», sourit-il. Karim Rami fait alors la rencontre du monde du spatial. À cette époque, en 2014, il souhaite entreprendre. «J’imaginais devenir business developer», confie-t-il. Au cours de son master en business administration à l’IAE de Montpellier, il décroche un stage en marketing au Centre spatial universitaire de Montpellier. C’est là qu’il complétera ses connaissances et compétences. «J’ai remarqué que les secteurs du spatial et des objets connectés ne communiquaient pas entre eux, et les idées ont fusé», raconte-t-il. À l’époque, le new space explose, porté par l’essor des nanosatellites. Le spatial se démocratise. «Je me suis souvenu d’un projet chez Elster: nous avions installé 100000 capteurs en Arabie saoudite avant de nous rendre compte qu’il n’y avait pas de réseau. Nous avons dû installer 10 kilomètres de points relais! Quand j’ai vu les nanosatellites, j’ai compris que c’était la solution…»

Gestion à distance

Après deux ans de maturation au sein de la SATT AxLR, HIoTee est créé en 2018. L’objectif est de proposer aux industries une solution de contrôle à distance universelle. Toutes les applications de l’industrie 4.0 peuvent en bénéficier: suivi des actifs, contrôle des équipements, sécurité du personnel, maintenance prévisionnelle…Au début, Karim Rami et ses associés avaient l’ambition de lancer leur propre constellation de nanosatellites, avant de changer d’avis: «Notre stratégie est la même que celle de Xavier Niel avec Free. Nous proposons un service qui s’appuie sur des réseaux fiables et existants. » HIoTee propose deux concentrateurs. Le premier, OmniTee, se destine aux réseaux d’objets connectés fixes, que l’on trouve par exemple dans une mine ou sur une plateforme pétrolière. La communication passe par les

CLAudE ALModoVAR

parcours Diplômé d’un master en radiofréquences en 2006, Karim rami intègre coronis systems, où il se spécialise dans la conception d’antennes. Il quitte l’entreprise en 2014 et suit un master en business administration à l’IaE de Montpellier. Il crée sa start-up HIoTee en 2018 et s’apprête à réaliser une seconde levée de fonds cette année.

satellites géostationnaires, situés à 36 000 kilomètres d’altitude. MobiliTee, le deuxième concentrateur, repose sur les nouvelles constellations à basse altitude (500 à 2 000 kilomètres), comme celle déployée par Starlink. «Elles couvrent toute la planète. MobiliTee embarque une antenne passive qui se connecte au satellite le plus proche», explique Karim Rami. Il est donc idéal pour les engins en mouvement, comme les camions, les porte-conteneurs et les avions. HIoTee accompagne ses clients dans le choix et le déploiement de solutions de capteurs connectés, un service «de bout en bout». Une certaine timidité émane de Karim Rami, masquée derrière un discours bien rodé de chef d’entreprise. Lui qui s’imaginait plutôt directeur technique que PDG peut néanmoins s’appuyer sur l’expérience qu’il s’est forgée quand il était jeune: à 18 ans, professeur de danse urbaine, il a appris à gérer une structure. Aujourd’hui, à 39 ans, il n’oublie pas ses premières amours, les radiofréquences.

INDUSTRIE & TECHNOLOGIES N° 1050 FÉVRIER 2022

Les cartes électroniques des concentrateurs? Imaginées et fabriquées maison. Les algorithmes de traitement des données? Maison également. Lorsque le Covid-19 donne un coup de frein au développement d’HIoTee, Karim Rami rebondit en mettant au point HIoTrack et HIoSense, des objets connectés autonomes embarquant des capteurs, un modem et des antennes satellite et terrestre pour toucher d’autres secteurs d’activité, comme le nautisme et l’agriculture. «Un torréfacteur de café en Birmanie les utilise pour mesurer la température de ses cuves, éloignées de plusieurs kilomètres. Il suit à distance et en temps réel la qualité de ses produits.» Ne laissant aucun détail au hasard, le PDG désigne les derniers-nés, de petits boîtiers gris. «Le rose, c’était une erreur lors de la fabrication de notre première série!» cc AnAïs MAréchAl

sommaire

tendances

robotique

Flexibilité et adaptabilité dessinent le monde d’après PAGE 8

La 3D renforce l’intégration de composants électroniques sur des plaques de silicium.

bio-inspiration

Des robots aqueux PAGE 10

électrodéposition

Des batteries lithium-ion plus recyclables PAGE 12

supercalculateur

en couVerture

Microélectronique Les puces voient leur avenir en 3D Explorer l’axe vertical dans la conception des puces? Si l’idée n’est pas nouvelle, elle prend aujourd’hui une importance inédite, du transistor au capteur d’images en passant le processeur. Technologies d’interconnexion, architectures, machines… La 3D imprime son tempo à l’innovation. paGe 20

Atos et le CEA lancent EXA1 PAGE 13

bio-impression

Poietis prend ses marques dans les hôpitaux marseillais PAGE 14

batteries sodium-ion

La jeune pousse Tiamat Energy s’associe au groupe Startec PAGE 15

recherche

Dans les coulisses du Zurich Lab d’IBM

entretien

Serge Nicoleau (STMicroelectronics) PAGE 25

Fabrication

Le CEA-Leti mise sur le collage hybride PAGE 26

caractérisation

Éprouver les circuits en trois dimensions PAGE 32

transistors

Les promesses du sandwich de nanofeuilles PAGE 34

Fonctionnalités

Un nouvel élan pour le More than Moore PAGE 30

PAGE 16

semi-conducteurs

Riber à la pointe de l’épitaxie PAGE 18

Pour s’abonner www.industrie-techno.com/abonnement Déjà abonné abo@infopro-digital.com - 01 77 92 99 14 6

Immeuble Antony Parc II 10, place du général de Gaulle BP 20156 92186 Antony Cedex Tél. : 01-77-92-92-92 Fax Rédaction : 01-77-92-98-51 Fax Publicité : 01-77-92-98-50 Une publication de Pour joindre vos correspondants, composez 01-77-92, suivi des quatre chiffres entre parenthèses indiqués après chaque nom.

Président directeur général Julien Elmaleh Directrice générale déléguée Isabelle André Directeur du pôle industrie Pierre-Dominique Lucas

produits

RÉDACTION Directrice des rédactions Christine Kerdellant 9483 Directrice adjointe des rédactions Anne Debray 9251 Rédacteur en chef Manuel Moragues 9499 Rédacteur en chef adjoint Alexandre Couto 9811 Rédacteur en chef édition Guillaume Dessaix 9498 Directeur artistique Vincent Boiteux 9501 Assistante de la rédaction Farah Charfi 9425 Rédaction Aline Nippert 9440 Émilie Dedieu 9957 Laurent Rousselle (Nouveaux produits) 9435 Ont collaboré à ce numéro Marina Angel, Xavier Boivinet, Anaïs Marechal, Frédéric Monflier, Benjamin Robert, Alexane Roupioz Secrétariat de rédaction Claire Nicolas, première secrétaire de rédaction 9497, Claire Laborde 9877, Sarah Touzeau 9341 Maquette Sylvie Louvet, rédactrice graphiste 9624 Service Photo Jean-Louis Salque, chef de service 9484, Marielle Toupance 9486, Pascal Guittet, photographe 9492 Infographie Florent Robert 9495

mesure

nouVeautés

Les scanners 3D se démocratisent

Sélection de produits classés en 5 secteurs de référence

PAGE 36

PAGE 40

cahier technique

Le silicium à la conquête de la photonique Les propriétés optiques du silicium et la microélectronique s’allient pour élargir les promesses dans le traitement de l’information.

COMMERCIAL Directrice commerciale du pôle Industrie Béatrice Allègre 9362 Directrice adjointe de la publicité Alix O’Neill 9361 Directeur de clientèle Piero Tomassi 9578 Régions Thierry Borde, directeur 01-79-06-79-55 Est Clarisse Michel 03-88-84-36-06 Allemagne/Suisse/Autriche Andréa Roig 9646 Benelux Huson International Media (Rodric Leerling) +31 (0) 229 841 882 Grande-Bretagne Huson International Media (Stuart Payne) +44 (0) 1932 564 999 États-Unis Huson International Media +1 212 268 3344 Espagne B2B Communication (Juan Jose Bellod) +34 91 319 8177 Espace Industrie - Contact Industrie - Service publicité Alix O’Neill 9361 La direction se réserve le droit de refuser toute insertion sans avoir à justifier sa décision. Responsable exécution Catherine Savry 9355 CONFÉRENCES-ÉVÉNEMENTS 9290 ADMINISTRATION-GESTION Directeur administratif et financier Stéphane Deplus 9402 Responsable juridique Mireille Monnier 9744 Directrice fabrication et achats Véronique Pivat 01 79 06 70 75 MARKETING, DIFFUSION-ABONNEMENTS Directeur du service marketing abonnements Yannick Védrines Directrice Gestion des abonnements Nadia Clément Service clients 01.77.92.99.14 | abo@infopro-digital.com POUR S’ABONNER Infopro Digital - Service abonnements Antony Parc 2 - BP 20156 92186 Antony Cedex TARIFS ABONNEMENTS France 1 an 269 euros TTC (dont TVA 2,10%) Étudiant 1 an 89 euros TTC (sur justificatif) Prix de vente au numéro 16,50 euros Étranger, multi-accès nous consulter Règlement à l’ordre d’Industrie et Technologies

(pour l’UE, précisez le numéro de TVA intracommunautaire) Librairie (vente des numéros déjà parus et des annuaires) Annuaires (TVA 5,5 % incluse) L’Atlas des usines 230 euros TTC (papier), 650 euros (format xls) Numéro de commission paritaire: 0622 T 81775. Numéro ISSN: 1633-7107. Dépôt légal: à parution. Impression : Imprimerie de Compiègne, 60205 Compiègne. Industrie et Technologies est édité par Groupe Industrie Services Info SAS au capital de 38628352 euros. Siège social: 10 place du général de Gaulle 92160 Antony. RCS Nanterre 442.233.417. 10. Siret: 442 233 417 00041. TVA: FR29442233417. Principal actionnaire ETAI.

PAGE 49

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terrain de JeuX

Caustiques atomiques PAGE 58

Origine du papier: Finlande. Ce papier provient de forêts gérées durablement et ne contient pas de fibres recyclées. Certification: PEFC. Impact sur l’eau (P tot): 0,0093 kg/tonne.

Directeur de la publication Julien Elmaleh

CE NUMÉRO COMPORTE Un encart jeté CFIA de 2 pages

Tirage et diffusion contrôlés par

CRÉDITS PHOTOS Couverture : F. Henry / RÉA Sommaire : Stäubli ; Atos ; F. Henry / RÉA ; Creaform ; D.R. ; CEA ; Nature

INDUSTRIE & TECHNOLOGIES N° 1050 FÉVRIER 2022

tendances

Robotique

Flexibilité et adaptabilité dessinent le monde d’après L’automatisation industrielle change de visage de plus en plus rapidement. Marchés, usages et technologies exigent des solutions toujours plus innovantes. Stäubli a dévoilé en décembre un plan stratégique pour répondre à ces défis.

a crise sanitaire du Covid-19 a percuté un monde de la robotique déjà en profonde mutation. Passage à la mobilité, rapidité d’installation, coexistence avec les opérateurs, simplification de la programmation, polyvalence… Ces évolutions accélèrent aujourd’hui dans un contexte de marchés chamboulés par la pandémie. Et imposent des virages aux roboticiens, à l’image de Stäubli. La société suisse a dévoilé son plan stratégique pour les prochaines années lors de ses Journées techniques, qui se sont tenues du 6 au 9 décembre à La Roche-sur-Foron (Haute-Savoie). Stäubli entend muscler ses capacités d’innovation et de production pour rapidement se positionner sur des marchés à forte croissance, alors que certains débouchés traditionnels, comme l’automobile, sont en berne depuis la crise sanitaire. Le roboticien a l’ambition d’investir quatre nouveaux secteurs : le photovoltaïque, la pharmacie, l’agroalimentaire et le médical. Leur point commun ? Le besoin d’une robotique « flexible » qui fait la part belle à de nombreuses briques technologiques. Une robotique qui peut être intégrée dans des sites plus petits et dont Stäubli met en avant le potentiel pour rapatrier des productions délocalisées dans les pays à bas coûts. Ce positionnement fait écho aux derniers chiffres publiés par l’International federation of robotics (IFR) qui montrent une perte de vitesse des marchés traditionnels des robots industriels. Ainsi, le secteur automobile n’est plus le premier débouché, avec seulement 80 000 unités installées dans le monde en 2020, contre près de 102 000 en 2019. Même constat

pour les robots d’usinage, dont les nouvelles installations ont baissé de 46 000 à 41 000 unités entre 2019 et 2020. À l’inverse, le secteur de l’électronique ne s’est jamais aussi bien porté : malgré un plongeon entre 2018 et 2019, passant de 105 000 à 89 000 unités, le marché est reparti, avec 109000 unités installées en 2020. La robotique pour l’agroalimentaire a connu une stabilité exemplaire, avec 12000 robots installés par an. Pour Stäubli, il s’agit donc de ne pas rater le coche et de trouver ses marques durablement sur ces marchés.

Production étendue

La société va agrandir son site de production – et siège social – à Faverges (Haute-Savoie) pour accompagner cette dynamique. Le bâtiment principal de l’usine, d’une surface actuelle de 65 500 m2 partagée entre les activités robotique, textile et connectique du groupe, sera complété d’une extension de 30 000 m2. Sur cette superficie, 18 000 m2 seront réservés à l’activité robotique, avec un

Polyvalent, le robot mobile autonome HelMo de Stäubli navigue dans des environnements très variés et s’adapte à divers postes de travail. Li Stäub

tendances

Omron facilite le déploiement des AMR Pour illustrer sa vision de la robotique flexible, le japonais Omron ne lésine pas sur les moyens. c’est dans son centre technique d’annecy dédié à la robotique mobile et à la cobotique que le fabricant a donné le coup d’envoi, le 15 décembre dernier, à un « roadshow » qui sera présenté dans plusieurs pays européens cette année. La démonstration met en scène cinq robots mobiles autonomes (aMR). trois unités d’une charge utile de 60 kg, une unité de 250 kg et, dernière-née du roboticien, une plateforme pouvant porter 1,5 tonne sont coordonnées à deux bras cobotiques. Grâce à leur lidar et leurs odomètres embarqués, les aMR se positionnent avec une précision de 8 mm devant des tapis

convoyeurs et reçoivent les cartons manipulés par les cobots. Les tâches tournent en boucle, sans accrocs. un ballet savamment chorégraphié qui n’a pourtant demandé que quelques minutes pour être mis en place. « une cartographie de l’entrepôt est réalisée grâce au lidar, en promenant l’aMR à l’aide d’un joystick », précise benjamin Fourdrinier, le responsable technique d’Omron pour l’europe, le Moyen-Orient et l’afrique. « Nous définissons ensuite sur la carte des règles de navigation et le reste est laissé à l’intelligence du robot. » une facilité d’installation qui pourrait séduire des secteurs souhaitant se robotiser sans modifier la configuration de leur usine.

accroissement de la production. L’objectif est d’atteindre une capacité de «plusieurs dizaines de milliers de robots par an » au cours des prochaines années. Ces travaux seront terminés dans les quatre ans. Une partie des nouveaux locaux sera affectée à la stratégie de partenariats et d’innovation ouverte du groupe, en accueillant des start-up innovantes. « Une première tranche de 50 millions d’euros va être débloquée dans le budget de 2022 pour financer ce projet d’extension, explique Jean-Marc Dalmasso, le directeur général de l’usine de Faverges. D’autres extensions pourront être réalisées sur la partie robotique afin de répondre à nos ambitions pour cette activité. » Stäubli souhaite étendre son savoirfaire à de nouveaux secteurs d’activité « à haute valeur ajoutée », selon Jacques Dupenloup, le responsable de la division robotique pour la France. Christophe Coulongeat, le directeur de la division robotique du groupe, précise cette vision. « En nous concentrant sur le médical, la pharmacie, l’agroalimentaire et le photovoltaïque, nous voulons travailler sur des technologies spécifiques à chaque domaine et favoriser l’innovation. »

INDUSTRIE & TECHNOLOGIES N° 1050 FÉVRIER 2022

Le HD-1500, pouvant supporter 1,5 tonne, fonctionne grâce à une batterie qui se charge en une trentaine de minutes.

Une stratégie qui s’est illustrée lors des Journées techniques par les nombreuses cellules de démonstration avec les 72 sociétés partenaires du roboticien. Elles mettaient en avant les possibilités d’adaptation des différents bras robotisés proposés par Stäubli aux marchés visés. Les robots pour l’agroalimentaire, par exemple, sont équipés de châssis renforcés et peuvent ainsi travailler dans des chambres froides ou résister aux nombreux lavages imposés par les mesures d’hygiène. La précision du geste et la répétabilité sont quant à elles obligatoires pour des applications médicales et pharmaceutiques, où la traçabilité est essentielle. Enfin, la haute cadence est le premier critère dans le domaine photovoltaïque, « afin de donner les moyens de rapatrier la production située en Chine », pointe Jacques Dupenloup.

Start-up partenaires

Pour accélérer sa présence sur ces secteurs d’activité, Stäubli mise sur des briques technologiques conçues et maturées par des entreprises partenaires. Préhenseurs, systèmes de vision ou encore algorithmes de reconnaissance pour le dévracage de pièces… Chacune apporte sa propre valeur ajoutée à l’équipement. Les start-up, et notamment les deeptechs

PaScaL Guittet

issues de la recherche fondamentale, jouent un rôle important pour faire émerger ces applications innovantes. Le machine learning est particulièrement prometteur. Des algorithmes d’apprentissage permettent désormais au robot de s’adapter à de nombreuses situations. La technologie a le vent en poupe, portée par le plan pour la robotique de 800 millions d’euros annoncé en octobre par le gouvernement français. La moitié de cette somme est en effet dévolue au développement de solutions incluant de l’intelligence artificielle. Dans le but de faciliter l’intégration de ces briques technologiques, Stäubli va consacrer une partie de son nouveau bâtiment à des activités d’innovation ouverte et de co-innovation. Des start-up prometteuses pourront ainsi être hébergées au sein de l’usine de Stäubli et la proximité avec les équipes de R & D devrait « favoriser la mise au point de solutions innovantes », selon Christophe Coulongeat. À l’heure actuelle, 7 % du chiffre d’affaires du groupe est réinjecté dans l’activité de R & D. Le roboticien souhaiterait voir ce chiffre monter à 10% dans les prochaines années. Stäubli a réalisé en 2021 un chiffre d’affaires de 550 millions d’euros, un record. cc alexandre Couto

tendances

Bio-inspiration

D.R.

DEs Robots aquEux

Les « liquid bots » automatisent le procédé d’extraction à deux phases aqueuses.

Qu’est-ce que qui caractérise un robot ? Pour l’équipe de chercheurs du Berkeley Lab et de l’université du Massachusetts, ce n’est ni l’aspect chromé ni le système électrique. En s’inspirant de la façon dont certains insectes marchent sur l’eau, ils ont mis au point un système autonome à base aqueuse, capable de capter un liquide sous l’eau et de le livrer à la surface. À terme, ce principe devrait permettre de créer un « robot liquide ». Il prend la forme de gouttelettes ou de sacs ouverts, de 2 millimètres de diamètre, qui n’effectuent qu’une seule boucle d’actions : plonger dans un récipient d’eau vers un liquide cible, le récolter, remonter à la surface pour le décharger, puis plonger de nouveau. Le processus peut s’effectuer encore et encore, tant que tous les éléments du système sont présents. Cet aspect autonome et continu représente une réelle avancée par rapport aux autres modèles

# Réseau 5G

Une puce pour sécuriser les communications sans chiffrement Des chercheurs des universités de Princeton (États-Unis) et Jiao Tong de Shanghai (Chine) ont développé une nouvelle technique pour sécuriser le transfert des données en 5G. Haché aléatoirement, un message est distribué à des antennes contenues dans une puce. Le récepteur – placé dans une direction choisie – est en mesure d’assembler le message qui lui est communiqué par un canal statique. Dans les autres directions, les signaux hachés varient à haute fréquence et apparaissent comme du bruit à un éventuel espion. Les chercheurs ont démontré la résilience de ce système face aux interceptions sans affecter la latence, l’efficacité et la vitesse du réseau. cc

de robots liquides mis au point pour cette même tâche, qui ne pouvaient l’effectuer qu’une seule fois. Pour former les gouttelettes de ce « liquid bot », l’équipe de recherche a utilisé des systèmes diphasiques aqueux dont on peut modifier la densité, et donc la flottabilité. Pour contrôler la trajectoire des gouttelettes, les chercheurs ont reproduit le mécanisme de marche sur l’eau de certains insectes, qui sont capables de grimper par capillarité sur la déformation de la surface de l’eau apparaissant au voisinage d’un objet solide – appelée ménisque – et de s’en éloigner en modifiant la surface du liquide. Une fois rendues plus denses pour qu’elles plongent, puis orientées vers la solution que l’on souhaite leur faire absorber, les gouttelettes se remplissent, ce qui déclenche une réaction générant des bulles d’oxygène qui vont leur permettre de remonter à la surface. Le processus a également été testé dans le sens inverse, en amenant un composé présent à la surface vers une goutte de produit au centre du récipient d’eau. Selon ses concepteurs, le système pourrait être étendu pour une utilisation dans la détection et l’administration de produits chimiques. cc Émilie DeDieu

200 laboratoires communs (labcom) ont été créés par le cnrs. Inauguré en novembre 2021, le dernier est le Centre de résonance magnétique électronique pour les matériaux et l’énergie. Réunissant TotalEnergies et le Lasire (université de Lille), il étudie la durabilité et la recyclabilité des matériaux, les batteries tout solide et le vieillissement des panneaux solaires. cc

tendances

# MatéRiaux cRitiques

C. MOREL / CNRS

« Grâce aux micro-aimants, nous réduirons la quantité de néodyme dans les aimants à hautes performances »

Nora Dempsey Chercheuse en physique à l’institut Néel (CNRs), lauréate de la médaille de l’innovation 2021 du CNRs

Vous avez reçu en novembre la médaille de l’innovation 2021 du CNRS pour vos recherches sur les microaimants. Que visent-elles ? Les aimants à hautes performances sont des composants clés pour mener à bien la transition énergétique. Le problème, c’est qu’ils sont composés de fer, de bore et de… néodyme, l’une des terres rares les plus critiques. Nous travaillons à l’échelle du micro-aimant, qui mesure entre une centaine de nanomètres et quelques micromètres, pour tenter de réduire la part de néodyme nécessaire, tout en conservant de hautes performances.

Nous collaborons avec Toyota depuis 2007 pour guider le développement d’aimants massifs moins dépendants des terres rares critiques.

Quels matériaux substituezvous au néodyme ? Nous tentons d’en remplacer une partie par du cérium et du lanthane, des terres rares sous-utilisées. Les aimants à hautes performances sont en effet dotés d’une structure cristalline très spécifique (deux atomes de néodyme, quatre atomes de fer et un atome de bore) : seules d’autres terres rares pouvaient remplacer le néodyme. Pour déterminer la composition

de néodyme, lanthane et cérium optimale, nous avons développé un procédé très efficace de dépôt de couches minces qui nous permet de faire varier les proportions d’éléments sur une seule et même surface. Cela nous évite de préparer un échantillon différent pour chaque composition que l’on souhaite caractériser.

Ces microsystèmes utilisent pour l’instant des aimants massifs dont la taille va de 0,5 à 1 millimètre. Avec nos micro-aimants, nous éviterions la perte de matériau et proposerions un aimant intégré au système. Nous sommes en train de chercher un PDG et espérons créer l’entreprise cette année. cc propos recueillis par aline nippert

Quelles sont les prochaines étapes de vos recherches ? Notre rêve serait de créer une start-up pour valoriser nos micro-aimants dans des microsystèmes électromécaniques (Mems), comme des petits capteurs.

# télécoMMunications

Une photodiode à la bande passante record

# Photonique

La lumière liquide accélère les processeurs Pour produire de nouvelles générations de processeurs toujours plus rapides tout en réduisant leur coût énergétique, les ingénieurs doivent sans cesse innover en testant différents matériaux ou de nouvelles architectures. Le laboratoire d’IBM à Zurich fait quant à lui le choix d’un virage à 180 degrés en mettant au point un commutateur optique – où les électrons sont remplacés par des photons – capable de basculer entre les états « 0 » et « 1 » en moins de 1 picoseconde. Cela correspond, théoriquement, à la capacité d’effectuer 1 milliard d’opérations par seconde, soit 100 fois plus que les transistors électroniques. Il fonctionne avec deux lasers : l’un sert de régulateur

INDUSTRIE & TECHNOLOGIES N° 1050 FÉVRIER 2022

et l’autre interagit avec un polymère photosensible coincé entre deux couches de miroirs. « Nous appelons cela une cavité photonique. Lorsque nous l’excitons avec le laser externe, la lumière est absorbée par le polymère, puis émise et réabsorbée en écho. Ce qui n’était qu’un seul photon devient une suite organisée. C’est ce que nous nommons la lumière liquide », relate Thilo Stöferle, chercheur chez IBM. Bien qu’activable par un seul photon, le processus n’est pas encore abouti. À terme, ses concepteurs n’envisagent pas qu’il remplace les transistors classiques, mais n’excluent pas qu’il ait sa place dans la connectique grâce à sa vitesse de commutation extrêmement rapide. cc É. D.

Le laboratoire francilien III-V Lab, commun à Nokia, Thales et au CEA, a annoncé en novembre 2021 avoir conçu une photodiode plus compacte, dotée d’une bande passante de 110 GHz. Il s’agit là d’une véritable prouesse : les photodiodes actuellement sur le marché plafonnent à 50 GHz. Ces composants sont essentiels aux réseaux télécoms modernes, car ils permettent de convertir un signal optique en signal électrique, faisant ainsi le pont entre les réseaux de fibres optiques et les systèmes électroniques. Cette innovation devrait ouvrir la voie à des réseaux de communications à très haut débit. cc

tendances

REC ARCHITECTURE

# électrodéposition

Des batteries lithiumion plus recyclables # composites

Les électrodes des batteries lithium -ion contiennent du cobalt (5 à 20 %) et du nickel (5 à 10 %) qu’il faut réussir à séparer pour assurer leur recyclage. Des chercheurs de l’université de l’Illinois (États-Unis) ont mis au point une nouvelle méthode pour dissocier ces deux métaux de manière efficace. Les scientifiques ont privilégié la technique de l’électrodéposition sur les procédés habituels de séparation par solvant ou précipitation. Ces derniers possèdent une forte sélectivité, mais ont un coût chimique plus élevé et génèrent des déchets. L’électrodéposition constitue toutefois une véritable gageure, car le nickel et le cobalt possèdent des potentiels de réduction proches. Plongés dans des

L’Onera érige sa plateforme Pycofire

Le 8 décembre, l’Office national d’études et de recherches aérospatiales (Onera) a posé la première pierre de son futur centre d’essai pour la sécurité aérienne contre les incendies, Pycofire, sur son site du FaugaMauzac (Haute-Garonne). Visant à mieux évaluer le comportement des matériaux composites face au feu, il sera mis en service en 2023. Un investissement de 13,9 millions d’euros, financé par le Feder, Airbus, ArianeGroup, Safran et l’Onera. cc

électrolytes traditionnels, les deux métaux ne peuvent pas être séparés de cette manière, notamment en raison de leur forme cationique prédominante ([Co(H2O)6]2+ et [Ni(H2O)6]2+). Les chercheurs ont donc ajouté du chlorure concentré en solution. Le cobalt prend alors la forme d’un complexe anionique (CoCl42-), tandis que le nickel conserve son aspect cationique. Cette différence de charge entraîne des potentiels de dépôt différents. Avec des métaux concentrés à 10 mM chacun et l’application d’un potentiel modéré (– 0,60 à – 0,55 V), le dépôt électrolytique se compose majoritairement de nickel, alors que pour des potentiels inférieurs à – 0,65 V, le rapport évolue en faveur du cobalt. cc Benjamin roBert

Photocatalyse

D.R.

« Parler d’une industrialisation de la Production de carburants solaires est Prématuré »

AnTOInE FéCAnT chef de projet industriel à l’iFP énergies nouvelles

Vous avez reçu, le 25 novembre, le prix Espoir de l’Académie des sciences et l’Institut MinesTélécom (IMT) pour vos travaux sur la production d’hydrocarbures par photocatalyse. Comment fabrique-t-on un carburant à partir d’énergie solaire ? En laboratoire, nous développons un matériau – le photocatalyseur – capable de capter des photons du soleil et de faire réagir le dioxyde de carbone et l’eau, à l’instar de la chlorophylle, pour produire du dioxygène et des hydrocarbures. Grâce à cette technologie, nous obtenons un combustible déjà connu qui ne requiert donc pas de modification technologique de nos moteurs ou nos chaudières. Parler d’une industrialisation est toutefois prématuré à ce stade de nos recherches !

Quel serait l’avantage climatique du carburant solaire, étant donné que le problème majeur des hydrocarbures – fortement émetteurs de CO2 – n’est pas résolu par cette technologie ? Un carburant carboné a effectivement vocation à produire du dioxyde de carbone au cours de sa combustion. Mais cette technologie offre la possibilité de donner une seconde vie au dioxyde de carbone déjà émis. Nous pouvons ainsi envisager des systèmes fermés (sous forme de centrales solaires pour produire de la chaleur ou bien une force mécanique) qui ne rejetteraient pas le dioxyde de carbone émis par ces carburants solaires dans l’atmosphère, mais le recapteraient directement et le réinjecteraient dans le procédé.

Les progrès réalisés en labo sont-ils encourageants ? Le repère, c’est le rendement par unité de surface. Il n’est pas question de recouvrir la Terre de ce type de dispositifs et qu’ils entrent en compétition avec la biodiversité ! Nous avons atteint un rendement équivalent à celui de la photosynthèse naturelle : 1 % de l’énergie lumineuse peut être convertie en énergie chimique. Ce n’était pas le cas il y a dix ans ! Nous avons fait un joli premier pas, mais pour que le dispositif puisse être déployé à l’échelle industrielle, nous devons parvenir à un rendement de l’ordre de 10 %. cc ProPos recueillis Par aline niPPert

tendances

# supercalculateur

Atos et le CEA lancent EXA1

ATOS

262x95

Le superordinateur est doté de 12 960 processeurs AMD et de 829 440 cœurs de processeurs.

La direction des applications militaires (DAM) du CEA a mis en route EXA1, la première partition de son dernier supercalculateur, produit en collaboration avec Atos. Bien que, pour l’instant, seuls les tests de performance standardisés – ainsi que d’autres tests de fiabilité – aient été réalisés, cela a suffi pour propulser ce nouveau superordinateur à la 14e place du top 500 des plus performants au monde. « Nous mesurons une puissance de calcul de 23,2 pétaflops, se réjouit JacquesCharles Lafoucrière, chef de projet informatique au CEA-DAM. Nous avons la machine non accélérée, c’est-à-dire à base de CPU et non de GPU, la plus puissante d’Europe. » Si l’avenir du calcul intensif se dessine avec des supercalculateurs exaflopiques accélérés avec des GPU, plus rapides et moins énergivores, le CEA-DAM a fait le choix d’un modèle plus ancien. « Nous sommes dans une époque de transition, où de nouvelles technologies puissantes voient le jour, mais où l’écosystème autour, les algorithmes et les logiciels notamment, nécessite encore de grandes adaptations. Nous avons choisi un modèle qui correspond à nos besoins », précise le chef de projet. Dévolu à une utilisation bien particulière, celle de la simulation de tête nucléaire pour la dissuasion, EXA1 n’est toutefois que le premier module installé. D’autres partitions – probablement construites sur des GPU – suivront dans les prochaines années, en fonction des nécessités d’extension de puissance et de la gestion de l’obsolescence. cc É. D.

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tendances

Bio-impression

Poietis Prend ses marques dans les hôPitaux marseillais Fabien Guillemot, le président et cofondateur de Poietis. Grâce au retour d’expérience des chercheurs du LCTC, la société pourra valider la conformité de son procédé de fabrication de substitut de peau à partir des cellules du patient. Ces éléments seront ajoutés au dossier qui sera présenté au premier trimestre à l’Agence nationale de sécurité du médicament (ANSM), laquelle autorisera ensuite la mise en route des essais cliniques. Pour répondre aux exigences des BPF, deux points du procédé de bio-impression laser de Poietis ont été améliorés : l’asepsie de l’équipement pour éviter toute contamination et l’automatisation du processus. Un robot de piquetage pour prélever des cellules et un robot

à six axes pour manipuler les tissus ont été intégrés dans la chambre d’impression. Ce système garantit la propreté des tissus imprimés et la reproductibilité du processus. Pour ses prochaines générations d’appareils, Poietis veut produire des imprimantes capables de déposer simultanément plusieurs types de cellules, comme des fibroblastes (derme) et

C’est, en euros, la somme réColtée par GreenmetriCs lors de sa dernière

levée de fonds pour étendre son outil de mesure de l’empreinte environnementale du numérique. Officiellement lancée en juin 2021, la start-up française propose une solution évaluant les répercussions écologiques de l’utilisation du numérique pour une entreprise et donnant des recommandations pour les réduire. Actuellement, 90 % des entreprises ne mesurent pas, ou mal, leur empreinte carbone liée au numérique, alerte Nicholas Mouret, son PDG. Un premier pas important quand on sait que le secteur dans son ensemble est responsable de 4 % des émissions mondiales de CO2. cc

AlexAndre Couto

La NGB-C est capable de produire des tissus de 40 cm2.

# Hydrogène

1,8 million

des kératinocytes (épiderme). « Cela nous permettra de produire des tissus de plus en plus complexes, davantage fonctionnalisés, et donc plus proches de ce que l’on trouve dans le corps humain », conclut Fabien Guillemot. cc

PoieTiS

Les Hôpitaux de Marseille (AP-HM) ont annoncé le 24 novembre 2021 avoir terminé l’installation de la plateforme de bio-impression robotisée NGB-C de Poietis au sein du Laboratoire de culture et thérapie cellulaire (LCTC) de l’Hôpital de la Conception, à Marseille. La jeune pousse bordelaise pourra ainsi tester l’impression de peau humaine fonctionnelle au plus près du patient avant le début des essais cliniques prévu cette année. La production au LCTC – doté d’une salle blanche – fournira de nombreuses informations sur le procédé. « Nous avons repensé notre système de bio-impression pour qu’il soit compatible avec les bonnes pratiques de fabrication (BPF) de médicaments et thérapies innovantes », précise

Le rêve d’une production offshore se concrétise pour Lhyfe La jeune pousse nantaise Lhyfe et la société d’ingénierie Doris ont annoncé, le 29 novembre 2021, avoir noué un partenariat dans le but de lancer la première éolienne flottante intégrant un système de production d’hydrogène. Cette collaboration résulte d’un programme de R & D commun de douze mois qui a abouti à une solution propriétaire de Doris et Lhyfe, appelée Nerehyd, intégrant un site de production d’hydrogène dans le flotteur de l’éolienne. Le produit « pourra être déployé pour des applications connectées au réseau ou hors réseau, de la production à petite échelle à la production à grande échelle de plusieurs centaines de

mégawatts », selon les partenaires. Le développement de cette technologie nécessite un investissement de 60 millions d’euros. Le premier prototype devrait voir le jour en 2025. La « levée des principaux verrous techniques et économiques » ainsi que « l’identification de projets cibles pour un déploiement industriel » font également partie des objectifs de ce partenariat. Cette annonce constitue un nouveau coup d’accélérateur pour Lhyfe, quelques semaines après le lancement en septembre de la production des premiers kilogrammes d’hydrogène dans son usine de Bouin (Vendée). cc A. n.

tendances

# Voitures électriques

N. MAULéoN

« Le rotor de notre moteur à flux axial condense dix années de recherche »

ROmain RaVaud Fondateur et PdG de Whylot

En novembre dernier, Renault annonçait prendre une participation minoritaire de 21 % dans votre start-up Whylot. Comment expliquez-vous cet engouement pour le moteur électrique à flux axial, que vous développez, moins mature que celui à flux radial ? Plus compacte et plus légère que les moteurs à flux radial traditionnels, la technologie à flux axial a beaucoup de valeur, et Renault n’est pas le seul à s’y intéresser. La start-up britannique Yasa, qui développe aussi des moteurs à flux axial, a été rachetée à 100 % par Daimler.

Quelles sont les performances de vos moteurs ? Notre rendement, pour la machine seule en régime continu, peut atteindre 97,5 %, avec des pointes à 98 %. Par rapport aux moteurs à aimants permanents (flux radial), nous gagnons entre 15 et 20 % de masse et jusqu’à 50 % de volume, et nous consommons 20 à 30 % d’énergie en moins. Quelle est la spécificité de la technologie développée par Whylot ? Notre machine électrique chauffe moins que celle de nos concurrents. Nous avons

développé une structure de rotor tout à fait particulière qui réduit les pertes… même quand on monte en vitesse. Je ne peux pas en dire plus : notre technologie condense dix années de recherche !

Vous avez annoncé en décembre 2020 avoir lancé un programme de plus de 10 millions d’euros d’investissement, dont la moitié serait financée par France Relance. Où en êtes-vous dans le processus d’industrialisation ? Notre programme d’investissement concerne principalement notre projet d’extension de l’usine actuelle,

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Aline nippert

# nano-impression

La jeune pousse Tiamat Energy s’associe au groupe Startec gestion de batteries (BMS), et Neogy, qui assemble des accumulateurs sur mesure. La production des premiers volumes est sous-traitée par des fabricants de batteries lithium-ion, malgré l’ambition initiale de Tiamat de lancer une ligne de production en 2020. « Mais nous visons 5 GWh par an dès 2030 ! », affirme Hervé Beuffe. cc A. n.

CNRS

le président de Tiamat energy, qui ajoute que « les cellules Tiamat atteignent une densité de puissance supérieure à 5 kW/kg ». Le sodium-ion a aussi l’avantage, par rapport au lithium-ion, de minimaliser les risques d’incendie et d’emballement thermique. Deux filiales de Startec auront un rôle central dans cette alliance : BMS PowerSafe, qui conçoit et fabrique des systèmes intelligents de

propos reCueillis pAr

Atlant 3D, championne des deeptechs

# Batteries sodium-ion

Tiamat energy et le groupe Startec ont annoncé le 7 décembre 2021 avoir signé un partenariat pour accélérer le déploiement commercial des batteries sodium-ion de la start-up française. Hybridation lourde, bornes de recharge, défense et applications stationnaires de puissance sont les principaux marchés visés par les partenaires. Pour les applications d’hybridation légère, Tiamat avait déjà conclu un accord avec Plastic omnium en mars 2021. La technologie sodium-ion de puissance est en effet particulièrement séduisante pour l’hybridation. « Nous proposons des batteries 20 à 30 % plus compactes que les lithium-ion pour des applications de puissance », explique Hervé Beuffe,

où nous produisons déjà de très grosses machines électriques (d’une puissance de 1 mégawatt) pour un marché de niche, comme les bancs d’essai qui servent à tester des pièces mécaniques. Demain, nous disposerons d’un espace supplémentaire de 2 500 m2 destiné à la fabrication en série pour le secteur automobile. Renault a annoncé le démarrage de la production pour 2025. cc

Lors du salon Hello Tomorrow 2021, Atlant 3D Nanosystems a remporté la première place du Global Challenge des deeptechs et reçu un prix de 100 000 euros. Son procédé d’impression 3D utilise le dépôt séquentiel de gaz pour la mise en forme de divers matériaux avec une précision atomique (0,2 nanomètre). La société danoise a testé sa technologie avec le dioxyde de titane (TiO2), le platine (Pt), l’oxyde de zinc (ZnO) et le dioxyde de silicium (SiO2). Sa machine compacte, le Nanofabricator, permet aux laboratoires académiques et aux industriels de réaliser rapidement des prototypes destinés à la microélectronique ou à la microfluidique. cc

Tiamat Energy exploite une technologie issue de travaux du CEA et du CNRS.

tendances

RecheRche

Dans les coulisses Du Zurich lab D’ibM

« L’avenir d’IBM se construit sur trois piliers : le cloud hybride, l’intelligence artificielle (IA) et le quantique », s’enthousiasme Alessandro Curioni, le vice-président d’IBM Europe et Afrique. Pourtant, dans le sous-sol de la branche européenne de l’entreprise à Zurich, au sein de l’un de ses 12 instituts de recherche, les ingénieurs sont loin de se limiter à cela. Difficile d’imaginer que le petit espace étriqué, derrière une porte anonyme, renferme l’un des hauts lieux de la recherche quantique d’IBM. Avec Eagle, son processeur quantique contenant 127 qubits annoncé le 16 novembre 2021, l’américain s’est placé en tête de la course aux bits quantiques. « La plupart de ces installations servent au refroidissement, déclare le chercheur Andreas Fuhrer en pointant le caisson cylindrique suspendu au centre de la pièce. La température à l’intérieur ne dépasse pas 10 millikelvins. » Un niveau très proche du zéro absolu donc (– 273,15 °C), maintenu grâce à des pompes d’hélium liquide. Tout autour, sur de nombreuses étagères, les serveurs d’ordinateurs s’entassent et des dizaines de câbles s’entremêlent. En comparaison, les 3 qubits derrière une loupe que présente Andreas Fuhrer paraissent minuscules. « Ceux-ci font environ 0,5 micromètres. Il en existe de plus petits, mais notre travail ici consiste d’abord à trouver un moyen de réduire le bruit provenant des fluctuations quantiques. » Dans une autre salle, le bras de RoboRXN pivote d’une fiole de composant à une autre derrière sa vitre. À travers de fins tubes, les réactifs sont aspirés, puis relâchés dans d’autres contenants. « C’est dans ces cylindres que la réaction a lieu et que la molécule est créée.

La machine RoboXRN associe synthèse automatisée et IA.

L’électronique de demain prend forme au laboratoire de photonique.

Le câblage devant la vitre sert à l’unité de filtration », explique le chercheur Alain Vaucher. L’atout de RoboRXN ne repose pas sur sa capacité à mélanger des substances, mais sur l’IA qui œuvre dans son ombre.

Profusion d’outils optiques

« Depuis notre site en ligne, accessible à tous les chimistes partout dans le monde, il est possible de dessiner n’importe quelle molécule, d’indiquer le précurseur par lequel on veut commencer, puis l’IA va écrire toutes les étapes de la synthèse pour l’obtenir », décrit Alessandra Toniato, doctorante dans le laboratoire. Ensuite, il ne reste plus qu’à appuyer sur « lancer » et la machine s’active. Du moins quand la molécule est dans ses cordes ! L’intérêt de ce projet réside non seulement dans l’accompagnement de l’innovation pour créer de nouvelles substances chimiques, mais aussi dans la réduction des coûts et des temps de production, de près de la moitié, selon l’entreprise. Un labyrinthe de loupes, miroirs et lasers encombre la pièce suivante. Tout est éteint en vue de l’arrivée de visiteurs, mais un panneau jaune « attention laser »

É. DEDIEU

Le laboratoire européen de la multinationale innove sur tous les fronts, des qubits aux commutateurs optiques.

Le laboratoire quantique utilise un imposant système de refroidissement.

sur la porte décourage d’entrer sans frapper. Au centre de cette profusion d’outils optiques, se tient Thilo Stöferle, chercheur en photonique. « Nous travaillons à élaborer de nouveaux matériaux pour remplacer l’électronique. La voie que nous avons choisie explore la réaction de certains polymères à la lumière. Nous tentons de construire des matériaux qui peuvent présenter des fonctions logiques fondées sur l’émission de photons. » Avec un laser, il éclaire une boîte en plastique contenant une demi-douzaine de rectangles translucides. Sous le faisceau, tous brillent en vert. C’est avec ce polymère spécial que lui et ses collaborateurs ont construit un commutateur optique, théoriquement 100 fois plus puissant qu’un transistor électrique. Le chemin vers l’innovation ne fait que commencer. cc Émilie DeDieu

tendances

# Lidar

Valeo en route vers les véhicules autonomes de niveau 3 Très impliqué dans le véhicule autonome, Valeo tient à conserver son avance technologique, acquise ces dernières années. L’équipementier a présenté le 23 novembre la troisième génération de son lidar maison, Scala. Plus performant, plus intelligent, mais aussi taillé pour la production de masse, cet équipement arrivera sur le marché en 2024. Valeo espère ainsi accélérer la démocratisation des voitures autonomes de niveau 3 – c’est-à-dire autonomes sur certaines routes et capables de surveiller l’environnement – dans les prochaines années. Le lidar Scala 3 a été conçu pour

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permettre au véhicule d’atteindre une vitesse de 130 km/h en autonomie, contre 60 km/h pour Scala 2. Ses capacités sont impressionnantes par rapport à la précédente génération : capable d’acquérir 4,5 millions de points et 25 images par seconde, sa résolution a été multipliée par 12, sa portée par 3 et son angle de vue par 2,5. À cela s’ajoutent des capacités de traitement de l’information embarquée. L’environnement est ainsi perpétuellement sous surveillance : le système peut par exemple évaluer la densité des gouttes de pluie et adapter la vitesse en conséquence, mais aussi estimer le déplacement d’un vélo, même si celui-ci passe derrière une camionnette. De quoi anticiper les accidents et enclencher les manœuvres de sécurité. cc A. c.

# réseaux

L’Inria précise les contours de l’internet des objets L’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria) a publié en décembre un livre blanc sur l’internet des objets (IoT). Les auteurs ont tenté de définir les contours et les enjeux de cette mise en réseau des appareils qui gagne tous les secteurs. « L’IoT fait partie du cyberphysique, c’est-à-dire une technologie qui jette des ponts entre le monde numérique et le monde physique », détaille Emmanuel Baccelli, chercheur à l’Inria et coordinateur du livre blanc. Le développement croissant de l’IoT a pour conséquence un afflux de données sans précédent, qui nécessite, selon les auteurs, de réfléchir à leur traitement, aussi bien en termes de technologies que d’éthique. cc

R. DE LAUNET

tendances

Semi-conducteurS

RibeR à la pointe de l’épitaxie Dans les locaux du site de production de Riber, à Bezons (Val-d’Oise), l’odeur de plastique chaud et de métal pique le nez. Installées dans des salles dotées d’une grande hauteur sous plafond – à mi-chemin entre l’entrepôt et l’atelier –, des machines sont assemblées pièce par pièce. Ultra-précises, elles peuvent faire croître sur des plaques de silicium des couches de semi-conducteurs de quelques nanomètres d’épaisseur avec un jet moléculaire. Leur prix ? De 1 à 3,5 millions d’euros. Un coût élevé pour ces équipements conçus pour réaliser un processus complexe : l’épitaxie. « Apposer une couche de semiconducteur de 2 nanomètres

sur une plaque de silicium de 200 millimètres équivaut à recouvrir un terrain de football avec une couche de bactéries », commente Jean-Christophe Eloy, le PDG de Yole Développement. Des trois manières de procéder à cette étape cruciale dans le développement des semiconducteurs, le jet moléculaire – spécialité de Riber – est la plus précise. Seuls deux constructeurs vendent actuellement des machines utilisant cette technique. Celles produites par Riber comprennent une large enceinte équipée d’un panneau cryogénique, sur laquelle se greffent de multiples cylindres appelés cellules. Elles ont l’aspect d’une invention

260 GWh de Batteries solides

à anode lithium-métal

– les plus performantes – seront produits chaque année à partir de 2030 dans le monde, d’après le cabinet de conseil Benchmark Minerals. Ces accumulateurs permettraient de dépasser 350 Wh/kg par cellule, contre 250 à 280 Wh/kg pour les meilleurs lithium-ion. cc

# Hydrogène

Alstom décuple la production de piles à combustible d’Helion

A. FéVRIER / ALSTOM

L’assemblage des cœurs de pile est automatisé pour une meilleure rentabilité.

échappée d’un roman de Jules Verne. La plaque de substrat vient reposer au centre de l’enceinte sous vide, attendant de recevoir les fines couches d’aluminium, de gallium ou d’arsenic. Ces éléments sont maintenus à l’état de vapeur d’atome dans les cellules chauffées entre 800 et 1 200 °C. Un simple cache empêche les atomes de passer de l’une à l’autre. Les structures métalliques sont pour la plupart faites de tantale. « Ce matériau supporte des températures jusqu’à 1 800 °C, explique Philippe Ley, le PDG de Riber. On part de la tôle de tantale, que l’on façonne, avant de la forer et la souder. » Chacune

Près de 6 millions d’euros ont été investis dans la nouvelle plateforme de fabrication de piles à hydrogène d’Helion Hydrogen Power (filiale d’Alstom), inaugurée le 10 décembre à Aix-en-Provence en présence de Renaud Muselier, le président de la région Provence-Alpes-Côte d’Azur, et de Jean-Baptiste Eyméoud, le président d’Alstom France. Avec une capacité de 30 MW par an, cette unité va décupler la production du site d’Helion. La zone d’assemblage des cœurs de pile (les stacks) est entièrement robotisée, ce qui entraîne des temps de cycle très courts et une grande répétabilité pour obtenir un produit 100 %

L’épitaxie par jet moléculaire exige des machines de haute technologie.

de ces étapes est faite à la main. La plus grosse des machines de Riber, pour l’industrie, compte plus de 6 000 pièces et demande près de dix mois d’assemblage. Les modèles plus modestes, pour la recherche, nécessitent deux mois de travail. cc É. d.

made in France à un coût optimal, avance Alstom. Cette plateforme s’inscrit dans la stratégie hydrogène du groupe. Pionnier dans les trains à hydrogène, celui-ci a fait évoluer son positionnement dans la chaîne de valeur pour se concentrer sur la pile à combustible en acquérant Helion Hydrogen Power en 2021. La filiale s’appuie sur une technologie de piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) avec un cœur de pile composé de plaques en graphite inaltérables. C’est la cinquième génération de ces piles à combustible qui est fabriquée sur cette plateforme. La phase de R & D de la sixième génération devrait commencer prochainement. cc AlexAne roupioz

Entretien

Serge Nicoleau (STMicroelectronics)

Le CEA-Leti mise sur le collage hybride

Fabrication

Fonctionnalités

Caractérisation

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Un nouvel élan pour le More than Moore

Éprouver les circuits en trois dimensions

Transistors

Les promesses du sandwich de nanofeuilles Page 34

En CouvErTurE

Microélectronique

Les puces voient leur avenir en 3D Explorer l’axe vertical dans la conception des puces ? Si l’idée n’est pas nouvelle, elle prend aujourd’hui une importance inédite, du transistor au capteur d’images, en passant par le processeur. Technologies d’interconnexion, architectures, machines… La 3D imprime son tempo à l’innovation.

Les laboratoires comme le CEA-Leti sont déjà à un niveau avancé de technologies de production et de caractérisation des puces en 3D.

FrançoiS HEnry / réa

il devient trop complexe d’aligner tou- (DRAM) aux 12 puces empilées. Ce type de mémoire jours plus de transistors sur une même en 3D se trouve également être le choix d’Intel pour surface, peut-être est-il temps de prendre son processeur Sapphire Rapids, prévu pour 2022. de la hauteur ? L’exploitation de l’axe Son concurrent, AMD, a pour sa part annoncé en vertical devient une voie de développe- juin un cache en 3D pour la prochaine version de son ment majeure pour la microélectronique, processeur Ryzen, composé de seulement deux puces, alors que l’essoufflement de la loi de Moore rend tou- mais avec 23000 interconnexions. jours plus coûteux les gains de performances liés à Le passage de la microélectronique à la troisième dila miniaturisation des transistors. Les industriels mension s’étend à tous les niveaux : industriels et misent aujourd’hui largement sur cette microélec- laboratoires empilent des puces packagées (c’est-à-dire tronique en 3D qui empile les puces protégées et prêtes à être connectées ou les composants plutôt que de les à un circuit), des plaques de silicium, AvEC sEs ATouTs, lA 3D s’imposE des puces découpées, des composants poser côte à côte. CommE un En octobre, TSMC a enchaîné les de puces, des couches de transistors nouvEAu rElAis annonces de partenariat avec des et même les canaux du transistor DE CroissAnCE. entreprises comme Ansys, Cadence [lire page 34]. Cette diversité traduit les multiples apports de la 3D: gain Design Systems et Synopsys pour la mise en place de solutions de vérificade place, accélération des commution et d’analyse de composants en 3D. Le même mois, nications grâce à des interconnexions raccourcies, Xperi a déclaré octroyer la licence d’une technologie intégration de fonctionnalités variées sur une même de collage de pointe à YMTC, une société chinoise de puce, choix optimal de technologies, notamment en solutions de mémoire. Côté produit, en juin, Samsung matière de finesse de gravure, pour chaque couche… La et Micron ont dévoilé coup sur coup leurs puces 3D s’impose désormais comme un relais de croissance mémoire flash 3D NAND à 176 couches de cellules pour la microélectronique. L’idée n’est cependant pas nouvelle. Les premiers mémoire empilées. SK Hynix a présenté en octobre sa nouvelle génération de mémoires vives dynamiques empilements de circuits intégrés ont été fabriqués dès

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les années 1980 par des chercheurs japonais. La première preuve de concept d’une puce mémoire à trois couches empilées, reliées entre elles par des vias traversants (Through silicon vias, ou TSV) en cuivre, a été réalisée à l’université du Tōhoku en 2000. Pour autant, cette approche a mis longtemps avant d’être industrialisée. «Il y a dix ans, personne n’y croyait, rappelle Étienne Sicard, professeur à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse (Insa Toulouse) et chercheur en ingénierie informatique. Mais finalement, le passage à la 3D s’est produit à toutes les échelles : transistor, puce et plaque.» Cette évolution s’est déroulée au gré de la diversification et de l’amélioration des interconnexions, véritables piliers de l’empilement des puces [lire ci-contre].

Des architectures multiples

«Il y a autant de 3D que de façons de la faire », admet Éric Ollier, le directeur du programme Smart Imager de l’Institut de recherche technologique (IRT) Nanoelec au CEA-Leti. Les premières technologies en 3D ont utilisé les mêmes interconnexions, assez sommaires, que celles utilisées pour le packaging 2D, comme le câblage par fil ou la technique de la puce retournée avec des billes de soudure. Cette approche dite de packaging 3D a généré une première vague de produits dès le milieu des années 2000. Entre cette étape et les suivantes, il s’est écoulé dix ans. « Les technologies pour créer des interconnexions plus fines avaient un coût conséquent, rappelle Émilie Jolivet, la dirigeante de la division semiconductor, memory and computing de Yole Développement. Mais au fur et à mesure, il est devenu très complexe de graver les plaques de silicium à des nœuds toujours plus petits, pour intégrer le maximum de transistors, et le degré d’investissement s’est inversé.» D’abord poussées par les besoins du calcul haute performance avant de se répandre plus largement, les premières mémoires empilées arrivent sous deux formes principales. D’un côté, celle affectée aux mémoires flash –qui stockent les données même hors tension– où sont empilées au sein d’une même puce des couches semiconductrices ou des cellules mémoire. De l’autre, celle à destination des mémoires 22

iMEC

En CouvErTurE

« La valeur de la 3D, c’est le nombre d’interconnexions par mm2 » Éric Beyne Directeur du programme des systèmes d’intégration 3D à l’institut de microélectronique et composants (imec) Que fait l’Imec en matière d’intégration 3D ? Le programme que je dirige est consacré aux technologies dans ce domaine. il compte plus de 40 partenaires industriels. nous avons deux objectifs : comprendre la physique en jeu dans un système en 3D et améliorer les densités d’interconnexion en réduisant le pas, c’est-à-dire la distance entre les plots de connexion. Cela nous permet d’ouvrir des horizons. Par exemple, il est maintenant possible d’amener la puissance directement au transistor. À quel endroit de la puce exploitez-vous le plus l’axe vertical ? Historiquement, nous travaillons sur les puces entières. Mais grâce aux densités d’interconnexion

actuelles, nous commençons à creuser l’échelle des transistors. Pour moi, la valeur la plus importante de l’intégration 3D, c’est le nombre de contacts que l’on peut faire par millimètre carré. Dans le packaging 3D des smartphones, il y a une dizaine de connexions par millimètre carré. Mais quand on travaille à l’échelle du transistor, c’est plutôt de l’ordre d’un milliard.

Quel est le stade d’industrialisation de ces innovations ? Les possibilités pour faire des interconnexions dans les machines industrielles sont aujourd’hui limitées. Lorsque l’on regarde les produits qui sortent ou qui sont annoncés, il y a un gouffre entre la recherche et l’industrie. La puce Foveros d’intel,

vives, qui consiste en un empilement de puces traversées par des TSV. « Parfois, on associe ces mémoires vives en 3D avec des technologies intermédiaires, dites en 2,5D, comme les interposeurs, explique Émilie Jolivet. Ce sont des plaques de connecteurs qui vont faire le lien entre des puces hétérogènes, d’un côté le processeur et de l’autre les puces mémoire par exemple.» L’intérêt de la combinaison des puces aux fonctionnalités différentes est également le moteur de l’intégration 3D au sein des capteurs d’images. Les produits commercialisés aujourd’hui consistent en l’assemblage de deux puces, l’une affectée

l’une des plus avancées parmi les processeurs complets, utilise des interconnexions en cuivre de type vias avec un pas de 30 micromètres, alors que nous savons maintenant faire du 10 micromètres. Les capteurs de Sony ou les mémoires flash 3D nanD de yMTC, qui utilise un collage direct beaucoup plus fin, s’approchent du micromètre, tandis que nous faisons du 700 nanomètres et visons 400 nanomètres dès l’an prochain.

aux photorécepteurs et l’autre aux circuits complémentaires comme le convertisseur analogique-numérique. La R& D, à l’instar du programme Smart Imager de Nanoelec, a mis le cap sur l’ajout d’une troisième couche [lire page 30]. La tâche est loin d’être aisée, comme l’explique Pascal Metzger, le PDG de SET, fournisseur français d’équipements d’assemblage de puces. «Empiler des mémoires, c’est un peu comme construire un immeuble: les appartements étant disposés de la même façon, vous pouvez faire passer une colonne d’eau dans chaque salle de bains. Mais face à des composants hétérogènes, que ce soit dans le cas des

miCroélECTroniquE

L’INTÉGRATION 3D À DES ÉCHELLES DE PLUS EN PLUS FINES PACKAGING 3D

INTERPOSEUR 2,5D Puces Liaison filaire

Puces

Circuit

Bille

Circuit

Substrat

Bille

Circuit Via traversant

Bille Substrat

Plus ancienne forme de 3D, le packaging (ou emballage) 3D superpose des puces en les interconnectant indirectement, à travers le substrat, par des ﬁls ou des billes métalliques. La densité d’interconnexion est faible.

3D AVEC VIAS TRAVERSANTS

Interposeur

Technologie de transition entre la 2D et la 3D, l’interposeur permet d’établir, grâce aux pistes gravées dans son cœur, des liaisons directes entre des composants hétérogènes (mémoire, puces de calcul…).

INTERPOSEUR ACTIF Puces Circuit

Puces

Via traversant

Bille

Substrat

Les contacts (ou vias) traversants en cuivre sont percés à travers le silicium, d’où leur nom de Through silicon vias (TSV). Dans les empilements de puces, les TSV forment des colonnes, aﬁn que chaque niveau soit connecté à tous les autres.

3D EN COLLAGE DIRECT

Circuit Puce Via traversant Interposeur

Encore au stade de la recherche, cette technologie doit rendre les processeurs encore plus compacts en intégrant à un interposeur des composants actifs, comme un régulateur de tension ou un contrôleur de mémoire.

3D MONOLITHIQUE Interconnexions inter-niveaux monolithiques

Circuit

Oxyde Silicium

Plot de cuivre

Oxyde

Puces

Silicium

Oxyde Puce

Aussi appelée hybrid bonding, cette technologie offre une grande densité d’interconnexion entre deux puces. Le collage entre les contacts du circuit, assuré par des plots de cuivre gravés dans une couche d’oxyde, se fait à l’échelle moléculaire.

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Transistor

Circuit

Substrat

Conférant un gain de performances, la 3D monolithique consiste en une superposition de couches de transistors qui sont soit gravées les unes sur les autres, soit empilées après traitement.

En CouvErTurE

capteurs ou dans d’autres cas, vous êtes obligé de réfléchir longuement à ce que vous voulez connecter.» De manière générale, l’intégration 3D représente un défi supplémentaire par rapport aux technologies planaires. Les problèmes courants d’échauffement des composants ou de stress électromagnétique sont encore plus prégnants et demandent, lors de la conception, de prendre

en compte, pour chaque partie de la puce, l’influence du comportement des couches au-dessus et au-dessous, en plus de celle des composants adjacents. «Il faut parfois repenser l’organisation des éléments pour qu’ils ne s’entravent pas et en tenir compte dans l’architecture», décrit Pascal Leclaire, responsable du groupe d’application de la plateforme de vérification 3D de Siemens EDA. Pour autant, rappelle Éric Ollier, le

problème de l’accumulation de chaleur dans une structure empilée était l’un des principaux freins à l’adoption de la 3D. Finalement, des solutions diverses ont pu être trouvées, comme l’utilisation des interconnexions TSV en cuivre pour évacuer la chaleur. cc éMilie DeDieu

Doper le calcul à la verticale

accourcir les distances pour augmenter la puissance de calcul. Plus le chemin d’une information sur un circuit est long, plus son temps de trajet sera élevé et plus elle générera de chaleur. Empiler des composants dont les épaisseurs caractéristiques vont de la dizaine de nanomètres à la centaine de micromètres, plutôt que de les poser côte à côte à des distances millimétriques ou centimétriques, représente donc une voie de choix pour accélérer les calculs. Reste à parvenir à interconnecter des éléments hétérogènes, notamment en matière de finesse de gravure. L’interposeur est la solution intermédiaire trouvée pour les microprocesseurs. Dit de 2,5D, il se présente sous la forme d’une couche d’interface qui va connecter plusieurs éléments entre eux, par exemple un processeur avec des puces mémoire. Les composants sont répartis de façon planaire au-dessus de l’interposeur et connectés par une technique de puce retournée classique, avec des billes métalliques. Au cœur de l’interposeur, un réseau de 24

circuits relie directement entre eux ces composants, avant de tout connecter au circuit du substrat [voir l’infographie page 23]. «Cela fait circuler des informations entre les composants beaucoup plus rapidement que s’ils étaient connectés par le substrat», souligne Émilie Jolivet, la dirigeante de la division semiconductor, memory and computing de Yole Développement.

Empilement interne

Les mémoires empilées utilisent pour leur part une interconnexion par vias traversants, ou Through silicon vias (TSV), sortes de clous de cuivre transperçant les plaques de silicium. Les mémoires de ce type déjà industrialisées comptent plus d’une dizaine de couches de puces. L’empilement augmente la mémoire disponible et réduit la latence, permettant ainsi d’effectuer plus de calculs en parallèle, plus vite. Plusieurs architectures concurrentes se partagent le marché, mais la plus déployée dans le calcul haute performance est la mémoire à large bande passante. Les mémoires flash, qui stockent

FrançoiS HEnry / réa

La 3D représente également une solution pour augmenter la puissance de calcul des puces. aux mémoires empilées s’ajouteront bientôt des processeurs avec interposeurs actifs.

Avec 96 cœurs et 6 micropuces empilées, Intact est le premier interposeur 3D.

durablement l’information, ont également eu une poussée de croissance vers le haut. Cependant, elles l’ont fait en mobilisant une technologie dite de 3D monolithique: ce sont des couches de transistors qui sont empilées au sein même des puces. Les recherches pour améliorer la puissance de calcul en utilisant l’axe vertical ne s’arrêtent pas là. En 2019, le CEA a conçu Intact, le premier interposeur pouvant être qualifié de 3D. «Nous avons réussi à mettre au point la preuve de concept de ce que l’on appelle un interposeur actif », s’enthousiasme Pascal Vivet, le directeur scientifique du CEA-Leti. L’interposeur connecte six micropuces empilées qui fournissent les capacités de mémoire et de calcul. Mais

le plus intéressant est ce qui se passe au cœur même de l’interposeur: au sein des circuits d’interconnexion se glissent plusieurs composants, comme un régulateur de tension ou un contrôleur mémoire, qui sont rapprochés les uns des autres et donc beaucoup plus rapidement sollicités. Si Intact n’est qu’un prototype, des projets de processeurs à l’architecture similaire ont été annoncés à un stade commercial. La technologie Foveros d’Intel est ainsi prévue pour 2023. cc é. D.

microélectronique

D. R

«Empiler les puces offre de nouveaux degrés de liberté»

SErgE NicolEau Directeur général des plateformes technologiques et de conception de STMicroelectronics

Que peut apporter la 3D à la microélectronique ? La 3D répond à un besoin d’augmentation de la compacité des circuits. Empiler les puces permet d’intégrer plus de fonctionnalités sur une même surface de carte électronique. Cela offre aussi de nouveaux degrés de liberté: les fonctionnalités peuvent être réparties sur les différentes puces et ces dernières ont la possibilité d’être traitées séparément. On peut choisir la finesse de gravure, les règles de dessin ou des solutions innovantes spécifiques à chacune. Est-ce une façon de compenser l’essoufflement de la loi de Moore ? Cela fait des années que l’on dit que la loi de Moore s’essouffle, mais la miniaturisation progresse toujours, comme l’a annoncé l’un des acteurs mondiaux avec notamment le développement du nœud en 2 nanomètres en 2021. En revanche, plus on avance dans la finesse de gravure, plus cela coûte cher. On peut accepter de payer davantage si on a besoin de ces technologies avancées, comme pour le calcul à hautes performances. Mais si ce n’est pas le cas, mieux vaut s’orienter vers d’autres technologies.

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Quels sont les développements de STMicroelectronics en matière d’électronique en 3D ? Nous travaillons sur la 3D particulièrement dans le contexte des capteurs d’images, en lien avec l’écosystème grenoblois et sur la base de la technologie d’interconnexions par collage hybride [ou hybrid bonding, ndlr] qui assure une meilleure connectivité entre les puces empilées. Le but est d’accroître la compacité et les fonctionnalités, ce qui est crucial pour les capteurs embarqués dans les smartphones par exemple. En attribuant une fonctionnalité différente à chaque puce, on peut combiner une solution à basse consommation énergétique pour le circuit logique avec de l’IA intégrée à une puce de photorécepteurs qui offrent une très grande sensibilité à la lumière. La technologie dite à obturateur global est un autre exemple : tous les pixels capturent la lumière en même temps au lieu de le faire ligne par ligne. Nous sommes en phase de prototypage avec une architecture en 3D pour cette technologie. Quelle est l’importance de la 3D pour STMicroelectronics ? Si nous considérons l’ensemble des marchés stratégiques de STMicroelectronics, c’est un développement qui s’inscrit dans

STMicroelectronics conçoit des architectures en 3D pour certains produits phares de son portefeuille, notamment les capteurs d’images. À la clé, l’intégration de plus de fonctionnalités et l’optimisation des solutions.

la durée et répond à des tendances profondes de nos clients. Nous avons des produits importants pour des applications spécifiques à l’électronique personnelle qui utilisent ce type d’architecture. Quant à savoir si la 3D peut être une solution pour d’autres applications, c’est encore trop tôt pour en parler. Nous avons naturellement d’autres pistes, avec des architectures plus conventionnelles, pour intégrer toujours plus de fonctionnalités, comme dans les solutions à base de mémoires non volatiles embarquées. Nous sommes capables de les intégrer sur une même puce avec le calculateur afin de réaliser des traitements par de l’intelligence artificielle. Plus besoin de transmettre les informations d’une puce à l’autre. C’est une solution très robuste du point de vue de la sécurité. cc ProPos recueillis Par Émilie DeDieu et manuel moragues

en couverture

FranÇois HEnrY / réa

Les salles blanches du CEA-Leti sont réparties dans deux bâtiments reliés par un téléphérique soumis aux mêmes normes de propreté.

Fabrication

Le CeA-Leti mise sur Le CoLLAge hybride À Grenoble, le laboratoire développe ce procédé qui permet de repousser les limites de l’intégration 3D et d’atteindre une densité d’interconnexion record.

ous la lumière jaune, les plaques de silicium brillent, attendant d’être assemblées. C’est dans cette pièce à l’atmosphère ultracontrôlée, au sein du centre grenoblois du CEA, qui dispose de 12 000 mètres carrés de salles blanches, que se perfectionnent les techniques de pointe de la microélectronique en trois dimensions. En tête d’affiche, le collage hybride (hybrid bonding), qui permet d’atteindre une densité d’interconnexion record. Il repose sur le collage de deux surfaces ultrapolies. Celles-ci comportent des zones métalliques, isolées par un deuxième matériau et qui sont connectées aux transistors sous chaque

surface. En assemblant ces deux plaques l’une contre l’autre, les zones métalliques entrent en contact, le courant peut passer. Voilà les transistors connectés de part et d’autre de l’interface. Applicable aussi bien aux plaques de puces qu’aux puces individuelles, le collage hybride permet de créer deux circuits intégrés empilés, communiquant ensemble directement par l’interface de collage. Ce type d’interconnexion ne prend aucune place en surface de la puce, contrairement à la technologie de via traversant (TSV, pour through silicon via), augmentant ainsi la miniaturisation des contacts. « Au Leti, nous sommes capables de faire des TSV de 10 à 40 micromètres de diamètre. Avec le collage hybride, nous pouvons descendre à 1 voire 0,5 micromètre», compare Emmanuel Ollier, le responsable du laboratoire des techniques d’intégration 3D. C’est aussi un collage direct – sans… colle – à température ambiante. De quoi éviter toute dégradation et interaction de l’adhésif lors d’un traitement en température.

microélectronique

Sur une machine EVG de collage de wafers de 300 mm, le CEA a fait installer un module d’expérimentation.

Pour les besoins du collage direct de puces à plaques, le CEA a codéveloppé une machine avec l’entreprise SET. Un petit effort sur le bord de la plaque de verre collée spontanément sur du silicium suffit à déclencher une onde de décollage (à gauche). La moindre poussière génère des défauts étendus (à droite).

«Le collage direct est spontané», résume Frank Fournel. Engoncé comme ses visiteurs dans une combinaison multi-couche de la tête aux pieds afin d’éviter l’introduction de la moindre particule dans l’environnement, l’ingénieur en chef responsable des technologies de collage au CEA-Leti en fait la démonstration. Devant lui, une galette de silicium noire est posée sur son plan de travail. Il applique précautionneusement dessus un fin disque de verre. L’air entre les deux donne à voir une teinte grise. À l’aide d’un stylet en plastique, il appuie sur le bord de l’assemblage. Le noir du silicium réapparaît sous l’action du stylet, puis s’étend en moins

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d’une seconde sur toute la surface. L’onde de collage s’est propagée, chassant l’air. Les surfaces sont collées.

Un polissage très rigoureux

Ce sont les forces de Van der Waals qui sont à l’œuvre, des interactions d’attraction microscopiques présentes pour tous les matériaux. «C’est grâce à elles que les geckos s’accrochent aux murs», explique Frank Fournel. L’adhésion est d’autant plus forte que la surface de contact à l’échelle microscopique est grande. Les aspérités sont l’ennemi. « Imaginez le massif de Belledonne retourné et plaqué sur le massif de la Chartreuse: seuls les sommets vont

se toucher, la surface effective de contact est très faible», illustre le chercheur. Dans le cas d’une roue de voiture, seulement un millième de la surface en contact avec la route à l’échelle macroscopique l’est aussi à l’échelle microscopique. Pour coller leurs plaques de silicium, les chercheurs, eux, ont besoin d’un contact effectif au moins dix fois plus important. La clé du collage réside donc dans l’obtention de surfaces extrêmement lisses. Ce qu’illustre Frank Fournel : entre les deux plaques qui viennent d’être collées, des bulles sont visibles, entourées d’anneaux concentriques, formant des défauts de 1 centimètre de diamètre. À l’origine de 27

en couverture

chacune, une poussière de 1 micromètre à peine. Ce facteur 10000 entre la taille de la particule –ou de la rugosité– et la taille du défaut lors du collage donne la mesure du défi à relever pour obtenir une liaison efficace. Un défi d’autant plus grand pour le collage hybride que les surfaces sont hétérogènes: cuivre et oxyde affleurent tous les deux. Comment polir à l’atome près de telles surfaces? Miracle! L’industrie des semiconducteurs avait déjà développé la solution en passant de l’aluminium au cuivre pour connecter les transistors des puces 2D, rappelle Frank Fournel. C’est le procédé damascène, inventé dans les années 1990. « On ne sait pas graver finement et proprement le cuivre. Donc, pour obtenir des contacts de cuivre, l’industrie utilise une couche d’oxyde comme moule, dépose une couche de cuivre qui remplit les motifs puis, par polissage mécano-chimique (CMP), élimine le surplus de cuivre pour arriver à une surface hybride plane, qui permet d’empiler de nombreux niveaux d’interconnexion.» Ce sont les progrès réalisés par le CMP pour le procédé damascène depuis plus de vingt ans qui permettent aujourd’hui d’obtenir des surfaces hybrides assez lisses pour être collées. Reste à coller au bon endroit, c’est-à-dire à faire coïncider les contacts métalliques des deux plaques. Ce qui n’a rien d’évident

Les plaques passent directement des Foup aux machines, lesquelles se chargent de filtrer l’air.

L’HYBRID BONDING, UN COLLAGE À L’ATOME PRÈS DÉPÔT D’OXYDE Plot de cuivre

POLISSAGE

ALIGNEMENT

COLLAGE

Oxyde

Wafer Une couche d’oxyde est déposée sur des plots de cuivre et polie jusqu’à obtenir une surface ultraplane où afﬂeurent les contacts de cuivre. Soigneusement alignées puis mises en contact, deux plaques ainsi préparées se collent spontanément. Un recuit établit des liaisons covalentes entre les atomes de surface.

microélectronique

Le collage direct waferto-wafer permet d’obtenir des plaques entières de puces 3D.

Le die-to-wafer est un moyen d’empiler des puces de dimensions différentes.

avec des cibles de l’ordre du micromètre et un alignement qui doit être dix fois plus précis encore. Pour ce faire, le CEA utilise deux machines différentes: l’une de l’autrichien EVG pour le wafer-to-wafer, qui connecte des plaques de 300 millimètres entre elles, et l’autre du français SET pour le die-to-wafer, qui colle des puces sur des plaques de 200 millimètres.

FranÇois HEnrY / réa

Vers le die-to-wafer

FLorEnT roBErT

RECUIT

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Le wafer-to-wafer a lieu dans la salle 40.02, dédiée aux technologies 300 millimètres. De conception plus moderne, elle tolère un air moins filtré puisque les wafers n’y sont jamais exposés. Les plaques de silicium se baladent empilées au sein des Foup (front opening universal pods), des conteneurs hermétiques dans lesquels les machines piochent de manière automatisée. Sous la lumière crue, plus blanche que dans les autres espaces, Frank Fournel désigne l’un des modules de la machine EVG. Contrairement aux autres, qui sont calqués sur les standards de l’industrie afin de rendre plus accessibles les technologies développées au CEA, celui-ci n’est pas automatisé et permet au chercheur d’explorer les améliorations possibles, comme le collage sous vide ou l’utilisation de nouveaux matériaux. La prochaine étape du collage hybride se joue en salle 40.01, avec le die-to-wafer, soit le collage de puces individuelles sur des plaques gravées. L’intérêt, par rapport au wafer-to-wafer, est de mieux s’accommoder d’une différence de taille entre les

puces. La technologie est cependant moins avancée. «Il y a environ sept ans de différence de maturité entre le wafer-to-wafer et le die-to-wafer, estime Frank Fournel. Un des défis est de se débarrasser des poussières créées par la découpe des puces. Quand une particule de 90 nanomètres se dépose, elle est bien accrochée!» Plutôt que de développer de nouvelles machines pour cette tâche, ce sont les mêmes que celles utilisées pour les plaques qui sont mises à contribution. Des cadres de silicium sont mis en place dans lesquels les puces vont pouvoir être insérées avant d’être traitées. Une fois dépourvues de particules, elles sont intégrées à l’aide d’une machine codéveloppée par SET et le CEA-Leti. Un procédé plus long que dans le cas du wafer-to-wafer. «Un collage hybride prend une dizaine de secondes, commente Pascal Metzger, le PDG de SET. Il est certain qu’intégrer individuellement une centaine de puces est plus long que d’assembler deux plaques, mais le rendement est meilleur et la technologie autorise des choses que le waferto-wafer ne permet pas. » La première démonstration d’un collage die-to-wafer avec des puces industrielles est prévue avec STMicroelectronics pour l’année prochaine. cc ÉmiLie dedieu

en couverture

Fonctionnalités

Un noUvel élan poUr le More Than Moore Utiliser l’axe vertical en empilant les puces est devenu une piste de choix pour progresser dans l’intégration de différentes fonctions sur un même circuit intégré.

a 3D dope le « More than Moore ». Cette démarche formalisée par l’International technology roadmap for semiconductors (ITRS) dans un livre blanc en 2005, puis dans une stratégie en 2016, prône l’implantation de différentes fonctions dans les circuits intégrés plutôt que la seule miniaturisation des transistors. À côté du pur traitement numérique, l’ajout de fonctionnalités comme la captation d’images, la conversion de puissance et la conversion analogique-numérique a produit de multiples objets miniaturisés, notamment au cœur des smartphones. L’utilisation de la troisième dimension, avec l’empilement vertical de puces, est l’une des voies du More than Moore. Elle progresse toujours plus, imposant aujourd’hui de renouveler non seulement la conception de l’architecture des circuits intégrés, mais aussi celle des puces elles-mêmes. Omniprésents – on les retrouve aussi bien dans la vision industrielle que dans les smartphones –, les capteurs d’images sont emblématiques de cette évolution. «Au début, ils ont simplement ajouté un convertisseur analogiquenumérique (CAN) à côté de la surface de photodiodes », rappelle Éric Ollier, chercheur au CEA-Leti et directeur du programme Smart Imager de l’Institut de recherche technologique (IRT) grenoblois Nanoelec. L’industrie est ensuite passée à la 3D en mettant le CAN et d’autres fonctionnalités au sein d’un circuit placé sous la couche de photodiodes. « Nous avons

pu séparer les fonctionnalités, raconte le chercheur, et pour une puce de la même taille, nous avons pu accroître la surface de photodiode [voir l’infographie]. » Cette architecture 3D est déjà largement présente dans les capteurs d’images commerciaux, notamment chez Sony, qui a développé un savoir-faire de pointe en matière de collage hybride [lire page 26], procédé permettant l’interconnexion des couches. La 3D s’avère également précieuse pour l’affichage. Elle se trouve au cœur des puces MicroLED des écrans d’Aledia, qui devraient sortir d’usine en 2023. « Nous nous sommes beaucoup

« L’ambition est de créer un capteur à trois couches intégrant des fonctionnalités supplémentaires. »

Éric Ollier, directeUr dU prOgramme Smart imager de l’irt nanOelec

appuyés sur ces technologies d’intégration 3D, confirme Philippe Gilet, le cofondateur de cette spin-off du CEA-Leti. Nous avons intégré un circuit logique sous notre couche de nanofils de silicium. Cela nous permet d’obtenir des pixels de 2 micromètres. » La conception de tels systèmes est complexe. Les différentes interconnexions entre les puces empilées doivent être pensées en amont. Et les puces elles-mêmes doivent prendre en compte ces interconnexions et la répartition des fonctions entre elles. «Il est nécessaire de maîtriser de nombreuses briques technologiques», résume Emmanuel Ollier, le responsable des laboratoires d’intégration des technologies 3D du CEA-Leti. Cette complexité augmente encore avec le programme Smart Imager. «L’ambition est de développer les technologies pour créer un capteur à trois couches intégrant des fonctionnalités supplémentaires, comme de l’analyse d’images par des algorithmes d’intelligence artificielle », rapporte Éric Ollier. Une couche de plus permettra d’ajouter de nouvelles fonctionnalités sur le capteur, telles qu’un traitement de l’image directement au niveau de la puce ou des modules de détection avancée.

Toujours plus compact

Smart Imager fourbit ses armes : le procédé du collage hybride permet un assemblage direct entre les faces où apparaissent les connexions de deux puces. Sur un empilement, il est ainsi possible de connecter la puce du haut avec celle du milieu, et celle du milieu avec celle du bas, mais pas celles des extrémités entre elles. Il faut donc utiliser une seconde méthode pour lier ces couches, mais aucune de celles existantes ne permet la densité d’interconnexion nécessaire aux technologies d’imagerie. La solution sur laquelle les ingénieurs du CEA-Leti travaillent est l’affinement de vias traversants (TSV, pour through silicon vias), soit des perforations dans les plaques de silicium que l’on remplit de cuivre pour créer des liaisons entre les circuits. « On sait faire des TSV de 10 micromètres de largeur. Nous commençons à faire en R & D des TSV de 1 micromètre de largeur sur 10 de lon-

microélectronique

la séparation des photodiodes et des circuits en deux puces permet d’utiliser des technologies optimales pour chacune. Une troisième couche de circuits offrira plus de traitements numériques de l’image.

• Lecture • Conversion analogique-numérique • Gestion de la puissance • Traitement du signal numérique • Mémoire • Intelligence artiﬁcielle

• Lecture • Conversion analogique-numérique • Gestion de la puissance • Traitement du signal numérique • Lecture • Conversion analogique-numérique • Gestion de la puissance

Photodiodes

Ancienne technologie

Technologie actuelle

Technologie à venir

DE LA 2D À LA 3D SUR TROIS NIVEAUX

gueur. Mais nous avons comme objectif de passer à 1 micromètre sur 5, puis à 0,5 micromètre sur 3. Cela ne va pas être simple et demandera de nouvelles machines», détaille Éric Ollier. Dans le même temps, un travail sur le collage hybride va être mené pour tenter de réduire le pas d’interconnexion, qui est actuellement de 3 micromètres, afin de le faire descendre en dessous du micromètre, voire jusqu’à 200 nanomètres. La répartition des fonctions supplémentaires entre les deux dernières couches n’est pas encore fixée. La nature exacte de ces fonctions non plus. « Nous sommes au tout début de ce projet », expose JeanLuc Jaffard, le directeur des capteurs chez Prophesee, l’un des partenaires de l’IRT Nanoelec. Pour la start-up spécialisée dans des capteurs de vision événementielle, dont la quatrième génération est intégrée par Sony dans une architecture à deux couches, de nombreuses possibilités sont envisagées. Une troisième couche permettrait par exemple de traiter l’image en amont, d’améliorer la correction d’erreurs ou même d’affecter ces caméras qui ne capturent que le mouvement à des applications de sécurité. « On peut

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imaginer des ﬂux de vidéosurveillance qui ne diffusent que les instants où il y a un problème. Cela demanderait d’avoir une intelligence artificielle très développée pour réduire le nombre de faux positifs, mais c’est possible », analyse le directeur. Pour le fournisseur de capteurs infrarouge Lynred, également partenaire de Nanoelec, les choses sont plus compliquées. « Nous travaillons sur une gamme différente, car les technologies 3D des capteurs ne sont pas directement transposables », reconnaît David Billon Lanfrey, le directeur de la stratégie. En effet, dans une technologie réagissant

aux intensités thermiques, tout un travail doit être fourni pour éviter que le capteur ne s’éblouisse lui-même en chauffant. «Nous tirons toutefois beaucoup d’avantages de l’écosystème grenoblois autour de la microélectronique. Face aux États-Unis et à la Chine, qui investissent largement dans ces technologies, c’est une bonne chose que nous puissions nous permettre de rester à la pointe. » cc éMIlIe DeDIeU

À chaque pixel, son pilote le circuit de commande prend beaucoup de place autour d’un pixel classique. pour le programme displed de nanoelec au cea-leti, c’est l’opportunité d’utiliser les technologies d’intégration 3d aﬁn de libérer cet espace, en implantant les circuits sous les microled. cela permettra d’intégrer des fonctions disposées habituellement sur le pourtour de l’écran et de piloter les pixels indépendamment. les applications sont diverses, mais ainsi, lors d’une diffusion, seules les parties de l’image en mouvement pourraient être réémises : c’est le pixel intelligent.

en couverture

caractérisation

Éprouver les circuits en trois dimensions Dans le laboratoire de caractérisation et fiabilité des composants du CEA-Leti, les délicates interconnexions des puces 3D sont soumises aux pires tortures afin de s’assurer de leur endurance.

e bruit de la ventilation oblige Stéphane Moreau à forcer la voix dans cette pièce aveugle du CEALeti, à Grenoble. L’ingénieur de recherche spécialiste des interconnexions des puces 3D présente quelques-unes des machines qu’il utilise au quotidien pour torturer les circuits sophistiqués que fabriquent ses collègues en salle blanche. Son travail s’inscrit dans la mission plus globale du laboratoire de caractérisation et fiabilité des composants, qui s’étend sur plusieurs étages de ce bâtiment entouré de montagnes. «L’objectif est d’évaluer la fiabilité, c’est-à-dire de garantir le bon fonctionnement du produit dans des conditions données pendant une durée donnée », explique-t-il. Pour simuler des durées de vie réelles de composants microélectroniques, la méthode classique du laboratoire consiste à générer un vieillissement accéléré en soumettant les puces à des conditions extrêmes et à observer ensuite les dégâts causés.

1 Chaque banc est composé de quatre fours pouvant contenir plusieurs dizaines de puces. 2

Un faisceau d’ions focalisé permet de creuser puis d’imager les puces 3D. 2

D’imposants fours infligent sans relâche d’éprouvants cycles thermiques à des puces coincées sur leur galette de silicium. Le plus gros dispose d’un ascenseur interne capable de plonger le wafer surchauffé dans une chambre froide pour créer un choc thermique. Sur une table à côté s’étale un assemblage de pièces métalliques et de positionneurs de précision entourant un support circulaire sous un microscope. Cette station sous pointes 32

FrAnçois HEnrY / réA

Matériaux stressés à l’extrême

microélectronique

3 4

Cette station sous pointes équipée d’une caméra thermique n’est adaptée qu’aux wafers de 200 mm. Pour 300 mm, il aurait fallu investir 1 million d’euros, deux fois plus. 4 L’infrarouge fait apparaître la liaison entre la base du circuit en forme d’éolienne et son centre situé sur la couche en dessous.

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permet de réaliser des mesures électriques sur des échantillons portés à une température allant jusqu’à 1000°C. Des étuves climatiques encombrent la seconde pièce, alliant température et humidité pour pousser encore plus les composants dans leurs retranchements. « Comme une cocotteminute qui corroderait le cuivre», s’amuse Stéphane Moreau. Idéal pour éprouver les contacts cuivre-cuivre du collage direct des puces qui sont au cœur des technologies 3D développées par le CEA. Alignés le long d’un mur, des bancs de test à l’allure d’armoires électriques. Chacun renferme des dizaines de supports en céramique accueillant un composant à tester. Soumises à une haute température, jusqu’à 350 °C, et à un fort courant électrique pendant des centaines, voire des milliers d’heures, les puces sont le siège d’un phénomène indésirable bien connu de la microélectronique: l’électromigration, soit le déplacement d’atomes induit par le flux de courant traversant le matériau. « Imaginez une bande de sable sur laquelle vous passeriez encore et encore. Au fur et à mesure, les grains seraient déportés sur les côtés », illustre Stéphane Moreau. Si un nombre trop élevé d’atomes de cuivre d’une connexion se déplace ainsi, celle-ci s’amincit localement jusqu’à s’interrompre : le courant ne passe plus. « Ce phénomène n’est pas plus critique pour les puces 3D que pour les autres types de puces, mais plus nos interconnexions sont petites pour le même courant, plus on risque de réduire la fiabilité », commente l’ingénieur. Une fois les matériaux stressés, encore faut-il pouvoir observer de près les éventuelles dégradations des puces. « En ce qui concerne les technologies 3D, on ne peut pas se contenter de regarder en surface avec un microscope classique. Nous devons pouvoir observer en profondeur les matériaux. » Le microscope à infrarouge est bien utile. Dans ces longueurs d’onde, le silicium devient invisible, laissant voir les circuits et connexions en dessous, notamment les «vias», ces microcylindres de cuivre verticaux connectant des couches distinctes. Plaçant une puce sous l’objectif du microscope, Stéphane Moreau navigue le long de l’échantillon. Il s’arrête devant une piste à la forme particulière, sem-

blable à une éolienne. «C’est une structure de test pour disperser la chaleur émise par le via traversant au centre qui relie deux couches entre elles. » La vision en infrarouge ne donne cependant qu’une impression qualitative des matériaux et ne permet pas de discerner ce qui se cache sous les composants métalliques.

Trouver l’origine des défauts

En complément, une caméra thermique est utilisée. La puce est placée dans une station sous pointes et soumise à un courant électrique. Si un endroit du circuit a subi une dégradation, une surtension locale apparaît avec un dégagement de chaleur par effet Joule. C’est cet échauffement local que Stéphane Moreau observe. « Aux endroits où il y a un problème, on peut voir des variations de quelques millikelvins qui apparaissent à l’image, comme des taches de couleur. » Toutefois, le travail n’est pas fini lorsque les défauts sont localisés. Pour comprendre l’origine du problème, les ingénieurs du CEA doivent observer les entrailles de leurs puces à une échelle bien plus petite. Ce travail se déroule dans la plateforme de nanocaractérisation dirigée par Narciso Gambacorti. Dans une salle à la lumière tamisée, remplie d’imposants équipements, ce dernier explique le processus à l’œuvre dans la machine pilotée par deux ingénieurs, les yeux rivés sur des écrans. Grâce à un faisceau d’ions focalisé, véritable scalpel à l’échelle micrométrique, de fines tranches de 100 micromètres de profondeur et 100 micromètres de largeur sont creusées les unes après les autres dans les puces. Un autre faisceau d’ions dirigé à 50° d’incidence vient imager le côté de la tranchée ainsi créée, guidant les opérateurs jusqu’à la zone précise du défaut qui pourra être caractérisé. Narciso Gambacorti espère avoir bientôt une nouvelle machine combinant deux faisceaux : l’un d’ions pour creuser efficacement, l’autre d’électrons pour produire des images à la résolution nanométrique de l’intérieur des puces. La 3D mérite bien ces égards. cc Émilie dedieu

en couverture

transistors

Les promesses du sandwich de nanofeuiLLes

Assemblage de transistors en 3D, la technologie « gate-all-around » à nanofeuilles succède au FinFET pour les applications les plus exigeantes en matière de consommation énergétique et de performances.

ous les grands industriels des semi-conducteurs ont le regard braqué sur lui. Il est le candidat idéal pour miniaturiser toujours plus, dans la lignée de la loi de Moore qui prédit un doublement du nombre de transistors par puce tous les deux ans. Lui ? Le transistor 3D «gate-all-around» (GAA) à base de nanofeuilles. En octobre dernier, Samsung a révélé l’utiliser pour produire ses puces en 3 nanomètres (nm) dès le premier semestre 2022. Le coréen compte également dessus pour sa technologie 2 nm prévue pour 2025. En juillet 2021, Intel a annoncé l’arrivée en 2024 de sa technologie 2 nm –qu’il appelle 20A, pour

20 angströms– à base de transistors GAA. Ceux-ci sont au cœur de la première «puce test » en 2 nm dévoilée par IBM en mai 2021 [voir photo]. «Cette étape importante nous conforte dans l’idée que la technologie est suffisamment mature pour poursuivre les investissements », indique Mukesh Khare, le responsable des technologies de puce chez IBM Research. Brique élémentaire de l’électronique, le transistor est un interrupteur qui contrôle un flux d’électrons entre deux électrodes: la source et le drain. Entre les deux, un canal de conduction en matériau semiconducteur voit passer ou non des charges libres selon que l’interrupteur est ouvert

ou fermé. Ce contrôle de l’ouverture, dit électrostatique, est réalisé par une tension appliquée sur un troisième élément : la grille. Si elle désignait autrefois la distance entre la source et le drain du transistor, la notion de nœud technologique, toujours exprimée en nanomètres, se rapporte désormais à la densité de transistors atteignable sur une puce. Avec son canal de conduction en forme d’ailette verticale entourée par la grille, le FinFET constituait déjà une évolution en 3D par rapport au transistor planaire et son canal plan situé sous la grille. Introduit au début des années 2010, il a poussé la miniaturisation en dessous de 20 nm, jusqu’à la production de puces en 7 nm et bientôt en 5 nm. «Mais le FinFET atteint aujourd’hui ses limites », assure Mukesh Khare. Rapprocher les transistors les uns des autres et réduire leur épaisseur devient de plus en plus difficile. Une stratégie consiste à en utiliser moins pour faire la même chose, et donc à augmenter la hauteur des ailettes pour qu’elles laissent passer plus de courant, explique Naoto Horiguchi, le directeur des technologies CMOS à l’Institut de microélectronique et composants (Imec) de Louvain en Belgique. « Mais il arrive un moment où les propriétés mécaniques du silicium ne permettent pas de faire des ailettes à la fois hautes et fines. » Pour atteindre des nœuds technologiques plus avancés, vers 3 nm ou 2 nm, l’architecture GAA prendra

microélectronique

la suite des transistors FinFET. « Les jeux sont faits, promet Mukesh Khare. Tous les grands industriels l’ont accepté. La seule question est de savoir à quelle vitesse ils réussiront à l’implanter. »

besoin : des nanofils feront passer un faible courant avec très peu de fuites, tandis que des nanofeuilles laisseront aller un courant plus fort avec plus de fuites. « Cela offre une flexibilité dans la conception que le FinFET ne permet pas », note Naoto Horiguchi. Sans parler de la possibilité de multiplier les couches de nanofeuilles pour augmenter le courant. Si les composants présentés par les industriels comportent généralement deux ou trois nanofeuilles, le CEA Leti est monté à sept. «Un record mondial qui montre le potentiel, sans être forcément l’optimum d’un point de vue industriel», admet Thomas Ernst. Le transistor GAA a de quoi satisfaire les applications les plus gourmandes en énergie – comme les datacenters ou le calcul haute performance. D’autres telles que l’automobile pourraient toutefois se contenter de technologies plus matures comme le FinFET, voire le bon vieux transistor planaire. « Les anciennes architectures ne vont pas disparaître. TSMC en propose encore beaucoup dans son portefeuille de produits», tempère Naoto Horiguchi. «D’ici cinq à six ans, la technologie 3 nm en GAA pourrait néanmoins devenir suffisamment mature pour être adoptée dans des applications comme l’automobile », prévient Mukesh Khare. Dans la fabrication de transistors GAA, « environ 90 % des étapes du procédé industriel sont les mêmes que pour le FinFET », précise Thomas Ernst. Quelquesunes diffèrent, comme la gravure sélective pour enlever les couches d’alliage de silicium et germanium intercalées entre celles de silicium afin de libérer les nanofeuilles. « Nous utilisons aussi plus de procédés

Plus de courant, moins de fuites

Le transistor GAA pousse la 3D encore plus loin: le canal de conduction prend la forme d’un empilement de nanofeuilles de silicium. «Cela permet de mieux exploiter l’espace, de faire passer plus de courant, donc d’augmenter les performances, mais surtout de limiter les courants de fuite», développe Thomas Ernst, le directeur scientifique du CEA-Leti qui a été – avec Samsung – précurseur dans ce domaine en 2005. IBM pointe la possibilité d’obtenir une augmentation de 45 % des performances ou une consommation d’énergie réduite de 75 % par rapport au FinFET en 7 nm. Face à sa technologie en 5 nm, Samsung évoque une diminution de 35 % de la surface, un gain de 30 % des performances ou une baisse de 50% de la consommation. La limitation des fuites et la réduction de la consommation énergétique ont lieu grâce à la grille qui entoure entièrement les nanofeuilles, ce qui améliore le contrôle du passage des électrons dans le canal de conduction. Il est possible de faire varier la largeur des nanofeuilles pour trouver le meilleur compromis entre courant et fuites en fonction du

de type Atomic layer deposition pour enrober les nanofeuilles du matériau de grille », ajoute Mukesh Khare. Pour produire des transistors GAA dans des nœuds technologiques avancés, les industriels auront également besoin d’un outil précieux : la photolithographie en extrême ultraviolet (EUV) qui permet de réaliser des motifs plus petits grâce à une longueur d’onde de gravure plus basse –13,5 nm, contre 193 nm pour la photolithographie classique. « Elle n’est pas indispensable en laboratoire, mais elle l’est dans l’industrie pour les nœuds inférieurs à 5 nm», souligne Thomas Ernst. «Elle est indispensable pour le 2 nm », confirme Mukesh Khare. Introduite pour le 7 nm dans l’industrie, elle restait réservée aux dernières étapes du procédé de fabrication. « Avec le 2 nm, nous l’exploitons dès les premières étapes », poursuit-il. Si le GAA n’est pas encore en production, la suite est en préparation dans les laboratoires. En juin, l’Imec a présenté un assemblage fonctionnel dit «forksheet» [lire l’encadré] qui améliore les performances par rapport au GAA. Thomas Ersnt mentionne des travaux sur des matériaux 2D pour remplacer les nanofeuilles par des couches mono-atomiques. « Ces matériaux ne sont pas encore mûrs, mais ils pourraient mener aux limites de la miniaturisation. » Ces concepts restent des évolutions du transistor GAA, qui apparaît peut-être comme la dernière étape de la loi de Moore. À moins que le transistor à canal de conduction vertical présenté par IBM et Samsung en décembre ne lui vole la vedette. cc XaVier BoiVineT

l’architecture

Forksheet

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LE concEpT « ForkshEET » DE L’ImEc InTroDuIT un mATérIAu DIéLEcTrIquE EnTrE DEux TrAnsIsTors gATE-ALL-ArounD à nAnoFEuILLEs AvAnT DE DéposEr LA grILLE. cELA pErmET DE mIEux LEs IsoLEr L’un DE L’AuTrE, ET Donc DE LEs rApprochEr pour gAgnEr En surFAcE, ou D’éLArgIr LEs nAnoFEuILLEs pour AugmEnTEr LE courAnT. DEs AvAnTAgEs quI compEnsEnT LA DégrADATIon Du conTrôLE éLEcTrosTATIquE Dû Au FAIT quE LA grILLE n’EnTourE pAs InTégrALEmEnT LEs nAnoFEuILLEs.

ImEc

IBm

pour prendre le relais

produits

Mesure

Les scanners 3D se Démocratisent La métrologie descend dans les ateliers. Les scanners 3D s’inscrivent dans ce mouvement, en simplifiant leur mise en œuvre pour pouvoir être pris en main par un plus grand nombre d’opérateurs.

a présence d’un lidar dans l’iPhone 12 sorti en 2020 témoigne que la numérisation en 3D devient accessible au plus grand nombre. La tendance est similaire dans l’industrie. L’explication ne se trouve pas dans un bouleversement technologique ou applicatif: les mêmes grandes techniques sans contact –triangulation laser, lumière structurée…– se perpétuent en se perfectionnant tandis que les finalités ne changent guère, de la rétro-ingénierie à l’inspection qualité. Elle est plutôt liée à la simplification de la mise en œuvre du scanner 3D et à l’amélioration des aspects pratiques et ergonomiques de la mesure tridimensionnelle. Cette évolution est indispensable car la métrologie n’est plus confinée dans les laboratoires. Elle descend progressivement

dans les ateliers, afin de suivre autant que possible le rythme de la production. « On est passé de la mesure en 3D fixe, proposée par une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) et son marbre, à de la mesure en 3D dynamique, où même l’objet à mesurer peut bouger », observe Olivier Longuemare, le directeur commercial pour l’Europe de l’Ouest et le Maghreb chez Ametek-Creaform. Or, d’un emplacement à l’autre de l’usine, le personnel et le contexte changent. Une MMT requiert souvent un local dédié et des procédures minutieuses dont seuls les «spécialistes du micron» ont la maîtrise. Toutefois, elle devient un goulet d’étranglement si elle est installée à proximité de la ligne de production, faute d’une réactivité suffisante. À plus forte raison quand un contrôle à 100% est imposé. Le scan-

ner 3D manuel ou automatisé est plus maniable ou bien plus rapide, et sa précision généralement inférieure reste un compromis acceptable dans de nombreuses situations. Mais, dans l’atelier, il est employé par des opérateurs qui ne possèdent pas d’expertise en métrologie. Les fournisseurs cherchent donc à simplifier les procédures et les interfaces humainmachine, en relocalisant un maximum d’intelligence au sein du logiciel. Dans le programme Artec Studio, la fonction Autopilot, au nom explicite, joue un rôle d’assistant qui supervise la méthodologie et automatise le traitement ultérieur des données acquises. «Une fois l’objet scanné à la main et le fichier importé, Autopilot permet en quelques clics de souris d’aligner les scans et de traiter les données brutes, avant la fusion et l’élimination des points résiduels», explique Jean Colet, spécialiste marketing chez Artec 3D.

Parcours automatique

Un ensemble composé d’un scanner fixé à un bras robotique demande aussi du savoir-faire en matière de programmation, une tâche qu’il est possible d’écourter, voire de supprimer. La chambre de mesure virtuelle (VMR, pour virtual measurement

trois produits qui simplifient la numérisation en 3d

L’Absolute Scanner AS1 fonctionne sur un bras de mesure ou avec un traceur laser, sans réalignement entre les deux modes. La technologie Shine mesure presque tout type de surface, de la pièce de carrosserie noire brillante au composant en fibre de carbone. La précision est de 50 µm avec un traceur laser sur un volume d’un diamètre de 60 m.

t-ScAn HAwk de ZeiSS

GOM

HexAGOn MI

AS1 d’HexAgon MAnufActuring intelligence

Ce scanner à main dispose d’une fonction de photogrammétrie améliorant la précision sur les pièces de plus de 1 m. Trois modes de triangulation laser sont disponibles : sept croix rouges pour les grandes surfaces (standard), une ligne rouge pour les zones peu accessibles, et cinq lignes bleues pour les détails de surfaces réfléchissantes. La précision est de 0,2 mm à ± 0,04 mm/m.

CreAFOrM

Maniabilité et polyvalence Léger et maniable, le scanner Metrascan 3D d’Ametek-Creaform illustre le processus de simplification mis en œuvre dans la mesure en 3D réalisée par des opérateurs sans qualifications en métrologie. L’objectif est de systématiser et d’accélérer cette procédure dans l’atelier, le plus près possible de la production. Ce scanner fait en outre preuve de polyvalence, car il peut être associé à HandyProbe, une MMT portable.

room), module logiciel offrant une représentation en 3D de la cellule de mesure, a été mise au point par l’entreprise GOM dans ce but. « Le parcours du robot est calculé de façon automatique, en fonction du fichier de CAO de la pièce et de l’environnement de mesure, dont les obstacles, indique Alexandre Gérard, le directeur commercial de GOM. On peut réadapter facilement un parcours existant au lieu de repartir de zéro. En l’absence d’apprentissage et de programmation, l’opération est

D.r.

3d leo d’Artec

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Ce scanner autonome possède un écran tactile pour observer le modèle en 3D. Il est équipé d’une source de lumière structurée, d’une unité de calcul nvidia Jetson Tx1, d’un système inertiel pour le repérage spatial, ainsi que d’une connexion Wi-Fi / ethernet et d’une batterie. Leo numérise à 80 i/s avec une résolution de 0,2 mm et une précision de 0,1 mm.

quatre à dix fois plus rapide.» Les derniers algorithmes parus optimisent la génération du parcours du robot. Toujours chez GOM, la fonction logicielle Virtual clamping, utilisée dans la tôlerie et la plasturgie, améliore l’aspect pratique de la mesure en 3D pour économiser du temps et de l’argent. «Habituellement, la pièce est conformée dans sa position fonctionnelle avant d’être contrôlée, ce qui implique la création et l’entretien de coûteuses maquettes, détaille Alexandre Gérard. Grâce à Virtual clamping, la pièce est scannée à l’état libre et le modèle mathématique de déformation est appliqué au nuage de points. C’est la conformation virtuelle.» De son côté, Artec a enrichi son offre logicielle avec l’arrivée du cloud voici quelques mois, dans l’intention de faciliter le travail collaboratif. Le scan en 3D, transféré en ligne, peut être partagé et analysé par plusieurs équipes distantes. « On n’a plus besoin d’emporter un ordinateur puissant avec soi», se réjouit Jean Colet. Le scanner lui-même se veut toujours plus commode. Un constat valable dès l’apparition des modèles allégés et portatifs, dans les années 2000, mais les offreurs ont poursuivi leurs efforts. Illustration avec l’Absolute Scanner AS1, commercialisé

produits

D. r.

depuis mai. «C’est le premier scanner compatible à la fois avec un bras de mesure et un traceur laser», souligne Fabien Ducard, le directeur commercial pour la France et l’Afrique du Nord chez Hexagon Manufacturing Intelligence. Une vidéo montre l’intérêt de ce double mode opératoire: on peut y voir un technicien qui numérise d’abord l’extérieur d’un véhicule avec le scanner AS1 à la main, localisé par un traceur laser (ou laser tracker), puis qui fixe ce même scanner à un bras de mesure afin de continuer la lecture dans les endroits moins accessibles, comme le coffre et l’habitacle. La transition d’une méthode à l’autre ne nécessite pas de recalibrage. Cette polyvalence se retrouve dans le scanner T-Scan Hawk de Zeiss doté d’une fonction complémentaire de photogrammétrie. Celle-ci permet de conserver la précision de la mesure sur des pièces de dimension supérieure au mètre, même quand la numérisation est réalisée à la main. Deux équipements distincts étaient nécessaires jusqu’alors. Le scanner Leo d’Artec est quant à lui un exemplaire autonome, dont l’écran sert à observer la reconstruction du modèle en 3D et à distinguer les parties manquantes, le cas échéant. Sur le plan des performances pures, ce n’est pas le meilleur scanner du marché, mais l’idée est sédui-

Xavier ToLLis CHEF DE pROjET INDUSTRIEL CHEz LaUak

« trois jours de formation à la mesure en 3d suffisent » «nous usinons des métaux durs et des pièces complexes pour l’aéronautique. Le contrôle total par MMT demande du personnel qualifié, pour la programmation et l’interprétation des rapports. Ces informations ne sont pas obtenues assez tôt pour identifier les dérives et recaler l’outil de production. Après avoir gagné un contrat pour le programme Leap de Boeing, nous avons intégré en juin une machine Atos ScanBox 5108 de GOM à notre ligne de production afin de fluidifier les processus. Les opérateurs sont formés en trois jours et la mesure tridimensionnelle est deux fois plus rapide. D’autre part, les pièces n’attendent plus devant le poste de contrôle, ce qui améliore la productivité. nous utilisons toujours la MMT pour les séries moins récurrentes et les mesures très précises.»

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produits

sante. La MMT elle-même ne s’est pas arrêtée sur le chemin de l’intégration. Kreon, notamment, propose le réaménagement d’une machine existante avec le montage d’un scanner. On bascule rapidement de l’un à l’autre et les deux modes de mesure sont pilotés par un logiciel unique. Par nature, le recours à l’automatisation simplifie l’usage de la numérisation, le robot prenant à sa charge l’essentiel du travail. Mais la plupart des fournisseurs vont un cran plus loin et peuvent désormais livrer des systèmes automatisés clé en main : Cube-R (Ametek-Creaform), Atos ScanBox (GOM) ou encore PartInspect L (Hexagon Manufacturing Intelligence). Proposé par GOM depuis 2020, ScanCobot est formé d’un bras robotique, d’un plateau tournant et d’un scanner Atos Q ou Atos Core. Il vise davantage l’entrée de gamme, tout en restant compatible avec la chambre de mesure virtuelle. La simplicité demeure le maître-mot. «L’opérateur ne fait que poser la pièce, déclare Alexandre Gérard, et ne doit pas justifier de compétences particulières.» Le RoboticScan d’Artec 3D est une offre comparable dont la disponibilité en France est imminente.

contrôles systématisés

La simplification de la mesure en 3D conduit à systématiser des étapes de contrôle autrefois inexistantes, gommant les possibles aspérités dans le parcours opérationnel. Fabien Ducard prend l’exemple de l’aménagement d’une rame de TGV, où l’écart entre la théorie et la réalité peut être important. « À partir des mesures en 3D sur les premiers prototypes de rame, un nouveau modèle théorique peut être construit. » Mieux vaut un redimensionnement à la volée qu’un désagrément à la livraison des produits finis. Le sous-traitant aéronautique Lauak [lire cicontre] fait de même l’usage de sa machine de mesure GOM dès la réception de la matière forgée. «Nous comparons le scan des pièces brutes avec le modèle de CAO pour localiser les surépaisseurs et optimaliser l’usinage, argue Xavier Tollis, chef de projet industriel. On gagne ainsi du temps dans l’industrialisation des nouvelles pièces. » Cette démocratisation de la mesure 3D ne menacet-elle pas les métiers de la métrologie ? Selon Alexandre Gérard, «on a toujours besoin d’un expert pour déchiffrer le plan de cotation et l’introduire dans le logiciel ». Mais il nuance aussitôt sa réponse. « Cependant, même pour cette dernière étape, le bureau d’études peut ajouter la cotation géométrique au plan en 3D de la pièce. Le fichier résultant pouvant être importé dans notre logiciel, l’expert travaillera plutôt dans le bureau d’études et n’exécutera pas lui-même la mesure. » cc FréDéric monFLier

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produits

NOTRE SÉLECTION DE PRODUITS

CLASSÉS EN 5 SECTEURS DE RÉFÉRENCE ÉQUIPEMENT GÉNÉRAL Page 40

BTP

ÉQuipEMENt GÉNÉrAL Caméras de surveillance réseau

Page 42

TÉLÉCOMS Page 43

ÉQUIPEMENT DE PRODUCTION Page 44

COMPOSANTS MÉCANIQUES Page 46

La caméra de surveillance à dôme fixe Axis M3205-LVE propose une vue à grand angle de 1080 pixels et l’Axis M3206-LVE offre une vue à grand angle horizontal et vertical pour les zones proches et éloignées de l’appareil. Elles sont équipées du WDR et de l’éclairage infrarouge intégré pour une meilleure vision dans l’obscurité. Elles prennent en charge des fonctions d’analyse comme l’Axis Guard Suite et disposent de ports E/S pour une connexion aux appareils déclenchant alarmes ou actions. Les données des caméras sont enregistrées localement. Elles sont compatibles avec les normes H.264 et H.265. Les besoins en bande passante et en espace de stockage sont réduits avec Axis Zipstream. Fabricant Axis Communications

Coordonné par Laurent Rousselle VOUS POUVEZ ADRESSER VOS INFORMATIONS de presse concernant de nouveaux produits par e-mail (en joignant une photo) : produitsnouveaux@ industrie-technologies.com

Contrôle de la déshumidification

La série ML du déshumidificateur de Munters propose désormais le régulateur de contrôle AirC. Cette solution connectée améliore le contrôle et réduit la consommation d’énergie lors du processus de déshumidification. Évolutive, elle

assure un rendement énergétique optimal de la machine, en intégrant notamment un système de capteurs avancé. Un support de communication multiple présentant plusieurs options de communication et de contrôle externe, ainsi que la gestion des alarmes viennent s’ajouter aux capacités du produit. Les programmes de maintenance facilitent l’entretien et son faible encombrement ne nécessite qu’une surface au sol minime.

±0,5°C. Le logiciel fonctionne sur tous les ordinateurs standard. La mise en service est directe et la configuration s’effectue simplement. Son principal atout est de créer des seuils de température qui déclenchent automatiquement des alarmes en cas de dépassement. Fabricant Optris

Coffre à outils mobile

Fabricant Munters

Identification active de fièvre par caméra infrarouge

Dans le contexte sanitaire actuel, la vision industrielle apporte une solution rapide pour déterminer avec précision (± 2 °C) et sans contact la température corporelle de personnes seules ou en mouvement dans une foule. Le système composé de la caméra infrarouge PI 450i, avec une définition de 382x288 pixels, et du logiciel PIX Connect mesure la température à la surface du visage. L’utilisation est recommandée dans les environnements hospitaliers, les aéroports, les écoles et les centres commerciaux. Le contrôle est encore plus fiable quand il est effectué sur le coin externe de l’œil. Le capteur a une sensibilité thermique de 40 mK. Des optiques appropriées sont proposées pour assurer une distance optimale de mesure. En combinaison avec un émetteur de rayonnement de référence de type BR20AR dont le signal est traité par le programme, la précision absolue du système atteint

Le coffre à outils GEN 2 Mobile 0450 de Peli comprend un système de rails coulissants en aluminium. Chaque plateau glisse en position sécurisée et peut être retiré pour un nettoyage. Robuste, il résiste à l’immersion sous l’eau, aux températures extrêmes et aux chutes jusqu’à 1,5 m. Des poignées et roulettes pour terrain escarpé complètent l’offre. Ce coffre convient à une multitude de configurations (quatre à six tiroirs peu profonds et un à deux tiroirs profonds). Le couvercle s’ouvre à 180° avec une capacité de charge de 22 kg. Deux loquets hybrides à fermeture double avec technologie de compression papillon et deux loquets standard avec joint torique en polymère garantissent son étanchéité. Fabricant Peli Products

produits

Plafonnier LED pour bureaux

Le plafonnier Lumadalle adapte la puissance du flux lumineux en fonction de la luminosité extérieure, du taux d’occupation des lieux et des besoins des utilisateurs. Ce plafonnier connecté communique par le maillage radio des luminaires et constitue un réseau parallèle, sans perturbation pour les réseaux en place. Encastrable, il diffuse un éclairage à faible luminance (UGR < 19). Son efficacité lumineuse atteint 135 lm/W avec un flux lumineux de 5050 lm à 3000 K (blanc chaud) et de 5 400 lm à 4 000 K (blanc neutre). Équipé d’un luxmètre et d’un détecteur de présence en option, il fait économiser 90 % d’énergie sur l’éclairage. Fabricant EAS Solutions

Robot mobile de désinfection des surfaces par voie aérienne

Pour protéger les employés des virus dans les installations d’entreprise, ce robot autonome Sherpa est équipé d’un dispositif de pulvérisation de virucide à base d’eau oxygénée qui lui assure une excellente efficacité de désinfection (garantie à 99,99 %). Il projette des microgouttelettes d’un calibre de 5 à 10 μm formant un brouillard sec et performant pour atteindre des surfaces particulièrement difficiles comme l’intérieur des tiroirs de meubles ou d’armoires. Certifié NF T 72-281, il a obtenu la très recherchée autorisation de mise sur le marché (AMM). Au bout de quelques heures incluant la diffusion, le temps de contact et la ventilation, un retour au travail en toute sécurité est possible. Avec une grande agilité, il se déplace dans tous les types d’environnements (halls, bureaux, ateliers ou vestiaires) ou de configurations (grandes surfaces ou multitude d’espaces cloisonnés). À l’approche des zones à traiter, l’opérateur

détermine le meilleur mode d’exploitation du robot mobile. Son déplacement peut être parfaitement autonome avec une vitesse contrôlée ou piloté à distance par l’utilisateur. La programmation est simple et couvre de nombreux cas d’usages expérimentés dans l’industrie pharmaceutique ou agroalimentaire. Fabricant Sherpa Mobile Robotics

Lavettes réutilisables pour machines

Les lavettes réutilisables Mewatex essuient l’huile, la graisse, les peintures et les solvants. Mewatex Plus élimine des salissures grossières sur des surfaces fragiles. Mewatex Protex est adaptée au nettoyage et au polissage des surfaces sensibles. Enfin, Mewatex Ultra est une lavette fine en coton haut de gamme pour les équipements fragiles. Un système de location tout compris est aussi mis en place pour réduire les déchets et les coûts d’entretien. Récupérées à intervalles fixes et lavées conformément aux normes, les lavettes sont ensuite entreposées et transportées dans les conteneurs hermétiques SaCon développés par Mewa. Ces derniers sont garants de l’hygiène des produits livrés. Fabricant Mewa

Sonorisation de sécurité

La sonorisation de sécurité Compact 500 d’ADF Systèmes est élaborée pour émettre un signal sonore normalisé et des consignes parlées en direct ou préenregistrées (alarme générale ou évacuation vocale). Elle se présente sous forme de modules en réseau pour les aéroports et grands ensembles industriels ou sous forme de module unique pour les écoles, magasins ou usines.

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Jusqu’à 255 modules Compact 500 peuvent être mis en réseau pour couvrir de très grandes surfaces. Évolutive, cette solution s’adapte aux besoins des clients. Certifiée EN54-16, elle possède de nombreuses interfaces d’entrées/sorties. Enfin, son option Loopdrive donne accès à un contrôle précis des défauts de lignes de hautparleurs. Fabricant ADF Systèmes

Solution sanitaire et d’accès sans contact

Afin de diminuer les risques sanitaires de nombreux établissements publics ou privés, le FTC-1000, composant principal de ce système de sécurité, est un thermoscanner qui combine la détection de température corporelle et la reconnaissance faciale du personnel. Le dispositif sans contact gère automatiquement les entrées d’individus avec ou sans masque. Après un contrôle immédiat, le produit autorise l’accès ou déclenche une alarme sonore et visuelle. Fiable, il délivre la température en 200 ms avec une précision de ± 0,3 °C. Le logiciel de gestion associé permet d’administrer plusieurs appareils. Pour enrichir cette solution, une large gamme d’appareils complémentaires aide à la régulation intelligente des flux libres ou autorisés. Le radar infrarouge à longue portée ou des lecteurs dédiés fonctionnant avec une application promettent l’ouverture de porte par détection de mouvement ou au moyen d’un smartphone. Pour répondre à la nouvelle réglementation de distanciation physique, un contrôle d’accès par badge est proposé avec une fonction de comptage et décomptage qui est le pivot d’une stratégie de maîtrise des entrées et sorties des personnes à partir d’une jauge prédéfinie. Fabricant CDVI

Gestion électronique de clés

Avec une capacité de 10 à 120 clés, Kbox est une armoire électronique qui facilite l’administration des trousseaux dans les bâtiments tertiaires, les collectivités locales, les hôpitaux ou les sites industriels. Très solide, elle est équipée

d’une porte en acier. Elle participe à la traçabilité précise des clés en conservant toutes les informations de prêt enregistrées et accessibles en temps réel par un administrateur au moyen d’un logiciel. Un système d’identification par code ou par badge détermine avec une grande sécurité l’ouverture du coffre pour accéder à la clé autorisée. Un signal lumineux informe l’utilisateur de la clé à sélectionner. Chaque passe peut bénéficier d’un porte-clés inviolable pour assurer une fixation rapide. En cas d’erreurs de restitution, une alarme informe le gestionnaire sur l’afficheur de l’armoire ou sur un ordinateur connecté au réseau. Fabricant Dény Security

Lampe de signalisation polyvalente

Compact et personnalisable, ce système lumineux de surveillance d’état des automatismes se distingue des solutions traditionnelles par l’intégration d’un unique segment d’éclairage à LED. La visibilité est optimale même en environnement éclairé. Le dispositif émet jusqu’à sept couleurs et peut fonctionner en lumière permanente ou être réglé en mode de clignotement sur chaque couleur. Les trois modes d’utilisation garantissent une polyvalence maximale. La lampe DV2120 se commande par IO-Link ou trois entrées TOR. Avec son logiciel, l’utilisateur peut configurer les appareils compatibles avec IO-Link, mais aussi charger et sauvegarder les paramètres. La lampe se fixe avec un écrou M30. Elle est associée avec un puissant avertisseur sonore (90 dB) comprenant diverses mélodies sélectionnables. Il est possible de l’exploiter sans problème dans les zones humides. Fabricant IFM Electronic

PRODUITS

BTP Aménagement des surfaces gravillonnaires

Très stable, la plaque alvéolée Urbangravel maîtrise le drainage naturel des surfaces de parking en milieu urbain. Avec sa structure en nid-d’abeilles, elle consolide la pose du gravier indispensable à la gestion des eaux pluviales d’inondation, de ruissellement ou de réseau sous-dimensionné. Sa surface perméable qui résiste à la compression convient au passage de véhicules lourds. Elle tolère jusqu’à 600 t/m2 et est compatible avec les voies d’accès des pompiers. La mise en œuvre est simple et rapide grâce à un système d’assemblage intégré qui maintient les composants. À l’aide de quatre picots d’ancrage en maintien au sol, elle s’applique sur une voie carrossable avec une pente maximale de 5%. Pendant les opérations de marquage de places de stationnement, des plots blancs ou gris s’associent aisément pour délimiter l’espace. L’ensemble composé de gravier 8-16 et d’une finition à fleur apparaît comme une solution pérenne pour la circulation des personnes à mobilité réduite. Chaque élément en polyéthylène 100% recyclé est léger, antidérapant et se découpe facilement avec une disqueuse. Le conditionnement est de 120 pièces par palette, préassemblées par quatre. Fabricant Jouplast

Vis à bois universelle dotée de technologies de pointe

Les vis Heco Topix Plus conviennent à la construction en bois, à celle de façades ou à l’aménagement intérieur. Grâce à son empreinte de tête uniformisée acceptant les embouts de type Heco-Drive, Pozi-Drive ou T-Drive, ce système de fixation permet le travail d’une seule main avec des vis en acier ou en acier inoxydable. Le maintien mécanique apporte un positionnement plus

précis et améliore la transmission de la force de vissage. Lors de travaux d’assemblage, le filet de la vis, équipée d’un pas de filetage variable, contribue à la contraction des éléments sans interstice. Les pièces sont fixées facilement en évitant toutes les précontraintes. La pointe Topix optimisée améliore le temps d’amorce même sur des surfaces dures, réduit le couple de vissage et diminue l’effet de fissuration. Les vis de la gamme Heco Topix Plus disposent de pas adaptés selon leur taille afin d’améliorer l’efficacité et la rapidité de leur fixation. Polyvalentes, elles sont disponibles comme vis à filet total et vis partiellement filetée dans des diamètres allant de 2,5 à 10 millimètres. Fabricant Heco

Équipement drainant de voirie

Gestion IP de l’habitat

Avec Del-Sys IP, le fabricant enrichit son offre d’outils de pilotage D-One, dont la fonction consiste à transformer la maquette BIM d’un projet en base de données. Les contrôleurs de la gamme Del-Sys IP répartissent l’intelligence au sein du bâtiment et donnent accès aux données de tous les équipements techniques. La solution s’adresse en priorité aux bâtiments du moyen et grand tertiaire. Avec elle, l’installation de concentrateurs d’étage n’est plus obligatoire, ce qui offre l’avantage d’accélérer le traitement de la masse de données de ces équipements. Dans un bâtiment équipé de D-One, les modules de la gamme Del-Sys IP sont reliés par un réseau ethernet daisy chain qui constitue une boucle pour sécuriser l’installation. Si un produit est défectueux, un anneau cicatrisant assure alors la continuité de service de l’infrastructure réseau, offrant une meilleure résilience du système de pilotage des équipements du smart building. Fabricant Delta Dore

Isolant étanche pour toiture solaire

Afin de lutter contre la saturation des réseaux d’évacuation et l’augmentation des températures en îlots urbains, la solution Clean 4 O’ infiltre et dépollue les eaux pluviales abondantes (65 mm/h) sur les aires de stationnement, de parking ou les plateformes logistiques. En combinant des éléments en béton préfabriqués et un textile perméable (>0,01 m/s), elle élimine les hydrocarbures présents dans les eaux de ruissellement à destination du sol. La biodégradation naturelle par micro-organismes est stimulée par le passage à travers les filaments oléophiles. La teneur résiduelle en composants carbonés des eaux traitées n’excède pas 2 mg/l. La mise en place à partir de rouleaux de 3 ou 6 x 70 m se révèle pratique. Ces produits durables qui sont déposés tels quels ne demandent aucun entretien.

En réponse aux besoins d’étanchéité des toitures solaires, la mousse de verre rigide Foamglas propose de sécuriser ses installations sur une durée de vie de plus de vingt ans, similaire ou supérieure au temps d’exploitation du procédé. Elle résiste à des configurations lourdes et sensibles à des forts gradients de température. La gestion du risque d’infiltration est contrôlée sur tous les types de dégâts possibles, en partie courante ou de l’acrotère. L’eau est bloquée en surface sans possibilité de diffusion dans la toiture. Elle donne le temps d’attendre une réparation définitive lors de l’entretien annuel. Pour des cas difficiles, des modèles particuliers, incombustibles et recyclables à 66 %, disposent de résistances spécifiques. La version T3+ affiche une résistance thermique de 5 W/K pour 18 cm d’épaisseur et la version F présente une résistance à la compression de 1600 kPa équivalant à 160 t/m2.

Fabricant Alkern

Fabricant Foamglas

Séchage des déblais

Les adjuvants Isofines Series 5000 sèchent les boues issues de l’épuration ou des déchets. Par leur technologie d’élimination rapide de l’eau, ils donnent une consistance et une portance aux matériaux. Ils s’appliquent sur des dépôts d’excavation de tunnels, de bentonite ou de résidus de bétons provenant de sites de production ou de bassins de sédimentation de carrière. Grâce à leur faible dosage et une multitude de formulations disponibles, ils proposent une solution écoresponsable de traitement des déblais. Le recyclage de boues liquéfiées est facilité par la création d’un matériau solide qui réduit la pollution et se transporte rapidement en décharge. La livraison est disponible en vrac dans des sacs plastiques recyclés ou en silos pour gérer des volumes plus importants. Fabricant Cemex

Tuile plate étanche

La tuile Stretto Huguenot en terre cuite se distingue par sa forme plate et son dessin d’écoulement d’eau breveté. Son étanchéité optimale a été validée par le CSBT qui a produit un avis technique de type Atex autorisant son exploitation sur des toitures de faible pente. La pose rapide par joints croisés peut s’effectuer sur une pente de 40% avec écran de sous-toiture pour des longueurs de rampants de 8 m et jusqu’à 12 m de projection horizontale. L’argile de Beauvais lui octroie une grande résistance mécanique. Utilisée en bardage, elle est aussi compatible avec les tuiles photovoltaïques de la même marque. Elle est vendue en trois coloris et avec une gamme d’accessoires pour la ventilation ou les raccords. Fabricant Edilians

PRODUITS

TÉLÉCOMS Analyse de signaux sub-THz sur des bandes ultralarges

l’analyse des lignes de production. Des anomalies concernant l’état de la machine sont identifiées en temps réel grâce à l’IA. Le traitement des données des opérations à un niveau physique accroît la sécurité des informations et l’intégrité des processus. Fabricant Mitsubishi Electric

Pour répondre aux exigences de tests de la 5G, Rohde & Schwarz propose une solution complète pour explorer le potentiel de la transmission de données à des fréquences sub-THz sur des bandes ultralarges. Ce dispositif met en œuvre le boîtier de conversion R&S TC-RSE qui transpose un signal large bande à la fréquence sélectionnée de 140 GHz par le générateur de signaux analogiques R&S SMA100B. La transmission s’effectue par voie hertzienne et le signal est converti par un abaisseur de fréquence. L’analyseur de spectre et de signaux R&S FSW avec option R&S FSW-B8001 disposant d’une largeur de bande de 8,3 GHz, étudie le signal et réalise des mesures telles que l’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) pour évaluer la performance de la transmission. Ce procédé prend en charge différents formats courants de modulation. L’alimentation à quatre canaux de la gamme R&S NGP800 intervient par ailleurs dans la mise sous tension des différents composants de ce système. Enfin, il s’intègre dans le système de test R&S ATS1000 pour aider les ingénieurs à caractériser les conceptions de référence des futurs équipements de communication, cellulaires ou non.

Switch Gigabit ethernet de niveau 3

Afin d’améliorer l’interopérabilité et la gestion des infrastructures de réseaux industriels, le switch ethernet de niveau 3, NT328G, inclut la redondance réseau et le contrôle du trafic fondé sur des stratégies. Il convient aux besoins d’activités industrielles consommatrices de bande passante comme la vidéo, l’énergie ou la sécurité. Équipé de ports cuivre et fibre, le NT328G donne la possibilité de router par les VLAN ou les sous-réseaux grâce au routage de niveau 3. Il offre 28 ports à haut débit (24 ports Gigabit RJ45 et 4 ports 10 Gigabits). Son boîtier en métal IP30 pour un montage en racks est conçu pour les environnements industriels difficiles.

En alliant les technologies opérationnelles en usine (OT) et les systèmes informatiques (IT), la solution d’edge computing MeliPC optimise la maintenance prévisionnelle ou la surveillance de la qualité. Ceci est rendu possible grâce à l’analyse des données en temps réel et une rétroaction rapide vers l’opérateur. Le logiciel élabore en outre des diagnostics locaux et une visualisation pour

Fabricant Weidmüller

Système d’E/S décentralisées

Offre sans contrainte de plateforme

U-mation constitue une solution d’automatisation dédiée aux machines et aux installations industrielles. Pour le développement de logiciels d’ingénierie, le fabricant s’appuie sur des technologies web ouvertes comme HTML5, CSS3 ou JavaScript. Le navigateur devient alors une plateforme d’application pour le client. La programmation selon la norme CEI 61131-3 et la connexion aux différentes interfaces hommemachine (IHM) s’effectuent par

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Switchs ethernet non manageables

Destinés à l’automatisation générale, les switchs non manageables d’entrée de gamme EDS-2000EL sont installables dans toutes les armoires industrielles tout en assurant une connectivité ethernet fiable par des fonctionnalités comme QoS et BSP. Pour l’automatisation stratégique, les switchs de milieu de gamme EDS-2000-ML sont dotés d’alarmes à report instantané, de diverses possibilités de montage et d’une double entrée d’alimentation. Les EDS-2000EL fonctionnent de – 40 à 75 °C (pour les produits T). Les modèles à connexion RJ45, fibre SC et ST multi-mode sont disponibles. Enfin, ils se présentent soit en boîtier métallique IP40, soit en boîtier plastique. Les switchs EDS-2000ML possèdent jusqu’à deux ports Gigabit pour des liaisons montantes rapides et flexibles. De plus, trois configurations de montage sur rail DIN sont possibles. Fabricant Moxa

Extenseur PoE pour extérieur

Fabricant Red Lion Controls

Fabricant Rohde & Schwarz

Edge computing pour OT et IT

l’intermédiaire de l’outil web. Le contrôleur U-control concourt à mettre en œuvre les projets d’automatisation grâce à ces technologies ouvertes. Autre point central: U-remote, un dispositif d’E/S distant avec un serveur web intégré au coupleur. Il sert d’instrument IP20 pour un usage en armoire électrique ou de matériel IP67 pour une installation directe sur le terrain. Ne nécessitant qu’un navigateur standard, le service d’E/S déporté supporte les bus terrain courants Profinet, ethernet-IP et etherCAT pour l’automatisation des procédures de fabrication à plusieurs classes de protection. Enfin, U-link fournit un accès sécurisé aux machines et aux systèmes et met l’accent sur leur surveillance.

Le CPX-AP-I permet aux fabricants de machines et aux industriels de l’automobile ou de l’électronique de transmettre les données de leurs engins en temps réel. Les systèmes principaux accueillent jusqu’à 500 participants avec une longueur de câble de 50 m maximum entre les modules. Enfin, la connexion du dispositif à la passerelle CPX-IOT Festo autorise l’échange de données d’état dans un environnement cloud. Équipé d’un maître IO-Link ainsi que de l’outil de paramétrage IO-Link, il dispose d’un plug-in pour Festo Automation Suite mais aussi pour l’utilisation d’un serveur web, tous adaptés aux besoins de chaque client. Le CPX-AP-I assure une communication rapide et transparente dans tous les univers hôtes courants, afin de concevoir des machines répondant aux exigences de l’usine numérisée.

Pour ajouter des ports PoE, l’extenseur IPOE-E302 rend les applications réseau plus flexibles sans alimentation externe. Il convient pour les dispositifs PoE extérieurs: points d’accès sans fil PoE, caméras IP PoE ou interphones IP PoE. Il est équipé de connecteurs RJ45 à négociation automatique 10/100/1000BASE-T et de trois presse-étoupes étanches pour les applications à connexion directe. Conçu pour les applications PoE point à multi-point, l’extenseur IPOE-E302 dispose d’un port PoE++ vers deux ports 802.3bt/at Gigabit PoE. Il atteint une puissance PoE maximale de 95 W à partir du port d’entrée 802.3bt PoE++ ou PoH (Power over HDBaseT) et fournit un budget d’alimentation PoE de 65 W maximum pour deux ports de sortie PoE. Il étend le Gigabit ethernet data et le PoE 802.3at par câble UTP. Fabricant Planet

Fabricant Festo

produits

ÉQuipEMENt dE produCtioN Imprimantes grand format multi-fonctions

l’accès au maximum d’options d’accessoires (180 modèles disponibles). Grâce au procédé de serrage rapide et breveté QuickIN, les professionnels sont capables de changer d’accessoire en trois secondes sans outil pour travailler avec une plus grande précision. Fabricant Fein

Destinée aux dessins techniques et au traçage de CAO ou de cartes SIG, la série SureColor SC-Tx1000M est une solution trois en un. Ces traceurs compacts numérisent à 600 ppp des documents jusqu’à 2,7 m pour les imprimer ou les partager sous différents formats vers une clé USB, un serveur FTP ou un dossier en réseau. Étanches à la poussière et facilement transportables, ils fonctionnent dans les environnements critiques ou exigus comme les chantiers ou les entrepôts. La qualité des encres utilisées restitue une remarquable reproduction avec une stabilité des couleurs et une résistance à l’eau pratique pour les affiches de vitrine. Pour une production prolongée, la capacité de rouleau atteint 100 m. Compatibles avec la plateforme gratuite cloud d’Epson, ces imprimantes peuvent être mises à jour et surveillées sur plusieurs sites, de l’atelier de production aux sites distants. Fabricant Epson

Accessoires d’outils électroportatifs

Flexibles et puissants, ces 14 ensembles Multimaster représentent un jeu préférentiel d’accessoires multi-fonctions et durables pour modifier ou adapter une plateforme électroportative selon différentes applications. Les utilisateurs les utilisent dans la majorité des travaux de perçage, ponçage ou sciage. Ils se déclinent en trois catégories différentes qui correspondent à des usages variés sur le bois ou le métal dans le premier ou le second œuvre. Ils bénéficient de plusieurs technologies qui apportent une rapidité et efficacité de production et de mise en service. Le système StarlockMax de porte-outils donne

Imprimantes numériques API de sécurité

Le contrôleur modulaire redondant garantit la protection des clients exploitant des systèmes de contrôle vitaux, grâce à une API hautement performante, une protection sans fil par commutation et un contrôle de sécurité intégré pour un coût total de possession (TCO) réduit. Il répond parfaitement à l’exigence de redondance de la norme IEC 61508 SIL 2. Le Melsec iQ-R dispose du logiciel de programmation GX Works3 qui intègre dans un même environnement les options de paramétrage et de contrôle de sécurité. Une unité centrale unique exécute tous les programmes intégrés pour éviter l’adjonction d’un contrôleur de sécurité supplémentaire. Fabricant Mitsubishi Electric Europe

Basculeur mobile de fûts avec cage de sécurité

Le basculeur mobile TIP-TITE avec cage de sécurité permet le déchargement mains libres et automatisé de matières solides en vrac conditionnées en fûts de 115 à 200 litres, sans poussière ni danger associé à un déplacement soudain du contenu. La cage en acier avec portes à verrouillage de sécurité est montée sur un châssis mobile avec un vérin stabilisateur. Le basculeur soulève et pivote le conteneur grâce à une force hydraulique créant un joint étanche entre la hotte de déchargement et une cuve raccordée de réception. Un second vérin hydraulique fait basculer l’ensemble du système pour le vider en respectant plusieurs angles de positionnement (45, 60 et 90 degrés) sous une fonction d’amortissement de mouvement. Un vérin guillotine pneumatique contrôle le débit. Appréciée pour

sa flexibilité, l’unité en acier inoxydable est aussi disponible avec finition selon les normes alimentaires, laitières ou pharmaceutiques. Pour les fûts ou les seaux de moindre contenance, des adaptateurs de cônes sont proposés en option. Fabricant Flexicon

Pistolet ergonomique de marquage

et d’avant-trous. L’embout polyvalent représente une solution universelle pour tous les types de perçage. Il est composé d’une arête de coupe de 180° et d’une pointe centrale conique qui détermine la position et la rectitude du trou. Les chanfreins de coin réduisent les bavures de sortie. Une version en carbure offre une plus grande résistance à l’usure sur tous les matériaux concernés. Les performances de perçage se concrétisent par une plage de diamètre de 6 à 26 mm et une profondeur jusqu’à 12xD. Fabricant Kennametal

Machine à comprimer pour lots de taille moyenne

Avec son écran tactile couleur, l’eTouch, un système de marquage par micropercussion, apporte une interface simple de programmation. Adapté au milieu industriel, le pistolet se manipule, avec ou sans gants, à deux mains comme un smartphone. Ingénieuse, la fonction de visualisation à échelle réelle reproduit le marquage apposé sur la pièce. En métal robuste, le pistolet reste léger avec un bon équilibre des masses (<2 kg) et peu encombrant. Afin de satisfaire aux multiples configurations de marquage dans les ateliers, le produit dispose de trois faces d’appui (plan, aimanté et réduit réglable). Il répond ainsi aux opérations sur des pièces planes ou cylindriques, en métal, de petite taille, avec des creux ou des endroits difficiles d’accès. Le système de fixation est fiable grâce à son revêtement aimanté qui assure de passer rapidement d’une face à une autre. Fabricant SIC Marking

Embout de perçage modulaire

Adaptés aux applications de trous à fond plat, les forets de la famille KenTIP FS avec embout FEG sont interchangeables et exécutent les opérations d’usinage en une seule passe. Ils perforent l’acier, la fonte et les aciers inoxydables. La géométrie unique de cette extrémité facilite le perçage de contre-alésages

La presse X3 s’adresse aux fabricants de comprimés de taille intermédiaire dans le domaine pharmaceutique. Grâce à un design breveté qui isole la tête et le socle de la machine des vibrations, l’équipement ne dépasse pas les 80 dB. La technologie de tourelle échangeable garantit le changement rapide de produits et facilite l’élaboration de différents types de pilules. L’accessibilité facilite le nettoyage et la maintenance. La presse X3 accepte diverses solutions d’installation (conventionnelle, à travers une cloison ou en plateforme mobile). Pour analyser les performances, la machine est équipée d’outils de mesure de forces de compression et d’éjection et en option d’un système d’acquisition de données. Pour la production de lots de taille moyenne, la X3 offre une longue course de remplissage avec un grand sabot d’alimentation forcée à vitesse variable. La presse est disponible en deux versions. Le modèle SFP est destiné à la fabrication de comprimés monocouches avec une cadence jusqu’à 266 400 comprimés/heure et le MFP est prévu pour la production de comprimés bicouches jusqu’à 133200 comprimés/heure. Fabricant Korsch

produits

Centre de tournage pour usinage complet

des copeaux. Hyperturn 45 génération 3 peut compter sur un système déntraînement direct refroidi par eau qui dispose dúne puissance de 8 kW, dúne capacité de perçage et de fraisage pouvant atteindre 12 000 tr/min et d’un couple de 20 Nm. Fabricant Emco Group

Marquage par gravure électrique Cette plateforme d’usinage a été conçue pour agrandir considérablement l’espace de travail. Elle accueille une tourelle avec un grand rayon d’action susceptible díntégrer une tour de type porteoutils de 16 compartiments et dáugmenter la course sur láxe Y de ±40 mm. Compacte, elle dispose d’un banc incliné de 72 degrés pour prendre en charge les tâches ergonomiques et l’évacuation optimale

Ce graveur électrique de marquage ME-E identifie les cartes électroniques lors du processus de fabrication. Facile à mettre en œuvre, il se compose d’un réceptacle, d’un transformateur de tension détachable non destructif et d’une fiche de raccordement électrique pour faciliter l’entretien. Il fonctionne entre 10 et 60 °C et est compatible électriquement avec les systèmes de tests traditionnels. Créé comme une unité interchangeable

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compacte, il offre un gain d’espace non négligeable. Son positionnement précis assure une parfaite flexibilité d’utilisation. En accessoire, un insert d’adaptation est conseillé pour une installation dans un alésage fileté de M12x1. Fabricant Ingun

Automate de placement de fibres de carbone pour petites pièces

Pour démocratiser la production de pièces composites, ce système automatisé comprend une cellule robotisée et un logiciel de programmation. La solution automatisée du français vise les petites pièces, celles destinées aux sports et loisirs notamment. Avec sa solution clé en mains, Carbon Axis ambitionne de faire changer les habitudes. Facile à intégrer dans un atelier – son emprise au sol est de 2,56 m2 –, la cellule XCell n’a be-

soin que d’une arrivée d’air et d’un branchement électrique pour initier le programme défini avec XLay, le logiciel ad hoc. Une fois lancé, le robot six axes de la marque Kuka juxtapose et empile les bandes suivant le principe de la fabrication additive. La tête applique les fibres d’une largeur de 5 à 20 mm, en une ou deux bandes, quelle que soit leur direction, à une cadence de 0,8 m par seconde avant une découpe angulaire nette. La machine conçoit des préformes, à plat ou en 3D, aux dimensions maximales de 1 x 0,5x0,5 m. Avec son innovation, Carbon Axis fait valoir ses avantages en matière de souplesse et de répétabilité. Cette solution de placement automatisé de fibres (AFP) permet de changer rapidement de référence. Elle est aussi synonyme d’économies. Il y a peu de déchets de matière. Fabricant Carbon Axis

produits

CoMposANts MÉCANiQuEs Courroies sans fin pour enrouleuses de pailles à boire en papier

La courroie SE-XA-PGG-F sans fin et sans soudure est conçue pour les enrouleuses pour la fabrication de pailles à boire en papier. Sa surface en caoutchouc est conforme aux normes FDA. Elle répond à la directive européenne de mai 2019, applicable en 2021, concernant la réduction des produits jetables en plastique dont font partie les pailles à boire. L’option de la paille en papier utilise un processus de fabrication dans lequel plusieurs bandes de papier s’enroulent autour d’une broche par l’intermédiaire d’une courroie. En raison du faible diamètre des pailles, la courroie supporte un angle de courbure d’autant plus petit. Elle est sollicitée par la charge élevée provenant de la broche fixe. En outre, le papier est un matériau qui agresse sa surface. L’inconvénient de ce procédé est donc la durée de vie d’environ une journée de la courroie entraînant des temps d’arrêt et donc des coûts élevés. La conception, selon la technologie sans fin brevetée SEB du fabricant, apporte à la courroie SE-XA-PGG-F une durée de vie plus importante comparée à celles de la concurrence et donc des temps de production accrus et d’importantes économies. Fabricant Nitta Industries Europe

Loquet à capot

Le loquet à capot HH est une version améliorée des modèles existants du fabricant pour s’adapter aux limites d’espace des serveurs et centres de données et des télécommunications de dernière génération, notamment les nouvelles conceptions dotées de disques durs et de ports d’expansion ajoutés.

Il conserve sa robustesse, avec un profil mince et peu saillant de seulement 8 mm. Le loquet est désormais doté d’une poignée escamotable facile à utiliser. Il est conçu avec un montage à double trou d’engagement, permettant une installation pratique avec allocation de broche dans l’un ou l’autre des emplacements. Son apparence est personnalisable dans des couleurs complémentaires pour correspondre à la charte graphique existante des équipements. Fabricant Southco

Mandrins de centrage expansibles avec levier à came

Les mandrins de centrage expansibles positionnent, fixent et serrent des pièces en les plaquant sans utiliser d’outil. Le système de serrage, de forme compacte, est inséré dans l’alésage à l’état ouvert, aussi bien dans les trous lisses que dans les trous borgnes. L’avantage principal réside dans le fait que ces alésages ne doivent pas répondre à des exigences élevées en matière de dimension, de surface ou de forme. Au début du processus de fermeture, le mandrin de centrage expansible se dilate pour se fixer dans le composant inférieur. L’assemblage de rondelles et de ressorts intégré crée un effet de plaquage qui serre les deux composants jusqu’à la fermeture et les relie de manière sûre. Comme le processus de serrage s’effectue par pression de surface, les surfaces des pièces sont préservées. Les mandrins s’actionnent manuellement à l’aide d’un levier à came, pour régler en continu la plage de serrage ou la force de retenue. Selon le diamètre, celle-ci peut aller jusqu’à 3,3 kN. Cette solution est parfaitement adaptée

à la construction de dispositifs et de machines-outils, par exemple pour la fixation rapide de plaques de montage. Fabricant Kipp

Chaîne porte-câbles hybride

La chaîne porte-câbles YE est composée de maillons porteurs en acier tandis que les axes, les maillons extérieurs et les entretoises ouvrables sont en polymère résistant aux frottements et à l’usure. Ainsi, la chaîne est rigide, tout en étant près de deux fois plus légère qu’une chaîne courante en acier. Cette réduction du poids autorise des charges utiles plus lourdes dans les nacelles. En outre, le système de retenue apporte de la stabilité. La structure modulaire supprime les vis, rivets ou autres boulons risquant de se desserrer sous l’effet des vibrations. L’utilisation de polymère réduit de 22% l’énergie pour la fabrication de la chaîne hybride. Cette conception particulière répond au besoin de guidage vertical de câbles et tuyaux de manière sûre et compacte le long des machines des appareils de forage, des nacelles et des plateformes élévatrices, applications qui sollicitent fortement les câbles. Plusieurs longueurs sont proposées: la plus grande, d’une hauteur interne de 108 mm, est conçue pour les engins de forage afin de guider des tuyaux hydrauliques de grosse section et lourds ainsi que des câbles sur une longueur autoportante atteignant 9,5 m. Fabricant Igus

Actionneurs linéaires

Les ensembles MiniSlide MSA sont des solutions de mouvements linéaires compactes et intégrables dans des espaces restreints. Personnalisable, la série offre de nombreuses options de configuration. Elle propose deux choix de moteur: un actionneur linéaire hybride de 21 mm, taille 8, et un actionneur linéaire Can Stack de 20 mm. En outre, il existe neuf options de vis mère, de 0,3 mm à 8 mm de pas, lesquelles offrent une résolution allant jusqu’à 1,52 µm par pas, avec des forces axiales jusqu’à 45 N et des longueurs de course jusqu’à

150 mm. Quatre options de lubrification sont proposées, une option de retour d’information par codeur rotatif ainsi que des standards de montage anglais ou métriques. La série est adaptée aux applications d’équipement de laboratoires comme la manipulation d’échantillons, les spectromètres ou les analyseurs moléculaires. Fabricant Haydon Kerk Pittman

Système d’antidévirage pour motoréducteur

L’option antidévireur a été développée pour les motoréducteurs du fabricant à partir de 0,75 kW. Prévu pour les applications fonctionnant avec un seul sens de rotation, l’antidévireur empêche la rotation inverse en cas de coupure de courant ou après l’arrêt du moteur, dans le cas, par exemple, d’un convoyeur incliné, dont la charge peut dévirer à la suite d’une rupture d’alimentation secteur. Ce dispositif permet d’assurer une pleine sécurité de fonctionnement sans affecter le rendement de la chaîne de transmission. Aucun asservissement mécanique, électrique ou hydraulique n’est requis, contrairement aux moteurs freins. Prêt à l’emploi, il se monte à l’arrière du moteur électrique et ne nécessite aucun branchement ou manipulation spécifique. En outre, l’utilisateur dispose d’un accès direct au dispositif. Pour une sécurité maximale, le système a été dimensionné afin de lui permettre de supporter un couple de démarrage moteur élevé en cas d’erreur de branchement lors de la mise en service (inversion de phase). IP55 avec double joint de protection, il est totalement protégé contre les poussières et n’exige pas de maintenance. Fabricant Nidec Leroy-Somer

produits

Graisse multi-usages

La graisse Bio+ Jelt professionnelle, lubrifie et protège les pièces et les organes mécaniques. Elle réduit le frottement et l’usure et prévient la corrosion et le grippage. Elle est formulée à base d’huiles, d’esters végétaux et de matières premières issues de bases renouvelables qui répondent aux exigences de la réglementation Ecolabel. La graisse Bio+ présente de bonnes performances de biodégradabilité, supérieures à 75%. Rapide d’emploi, elle adhère fortement à son support et résiste donc au délavage, à la pression, au cisaillement, aux chocs et aux vibrations. Ces propriétés la destinent particulièrement aux pièces fortement sollicitées et/ou en environnement marin, comme les pompes, les vis sans fin, les paliers, chaînes et matériels d’écluses et de barrages. Elle est utilisable sur une plage de température de -20 à 130°C. Fabricant ITW Spraytec

Accouplements fendus sans jeu

sur les paliers. Des alésages à partir de 1,5 mm sont disponibles pour les applications avec des arbres de petit diamètre et des vitesses de rotation élevées. Les accouplements sont conformes aux normes RoHS 3 et Reach. Fabricant Reliance Precision

Transmetteur de pression

Le PD121 est conçu pour mesurer la pression des milieux pâteux, collants ou contaminés et convertir les valeurs en un signal de sortie de 4 à 20 mA. Selon le modèle, il mesure la surpression, la souspression, et s’utilise comme un appareil universel pour les deux. L’émetteur est équipé d’une cellule de mesure en silicium très sensible et d’une membrane affleurante soudée au laser en acier inoxydable AISI 316L, qui ne nécessite pas de joint et garantit une durée de vie de plus de 500000 heures. Son électronique est remplie d’une masse d’empotage qui le protège de la condensation interne et autorise son utilisation dans des zones humides à 90%. Il est fourni avec un étalonnage standard à 23 °C et un étalonnage supplémentaire en usine à 60°C, ce qui réduit l’influence de la température à seulement 0,05% par tranche de 10°C. Il ne nécessite aucun entretien. Fabricant AkYtec

Éléments de positionnement en céramique Les accouplements fendus sont réalisés en une seule pièce d’aluminium à hautes performances 3.3465 pour l’absence de jeu et une longue durée de vie. Le format breveté comporte des bords arrondis et non anguleux qui créent un accouplement équilibré, un haut niveau de résistance à la torsion et aux couples à transmettre, une faible inertie et une longue durée de vie. Les accouplements sont légers et offrent des vitesses de rotation jusqu’à 70000 tr/min. Différentes versions sont proposées dont des tailles longues et courtes pour les systèmes compacts, toutes en mesure de compenser des décalages ou des désalignements avec une faible contrainte

Conçus pour résister aux chocs et au temps, les cimblots et têtes d’appui sont réalisés en cerazur, un composite métal-céramique. La base du matériau est de l’oxyde de zirconium. Cette matière inorganique est pressée dans une matrice sous forme de poudre, puis usinée au vert avant d’être frittée. En plus d’offrir une meilleure résistance à l’usure grâce à leur tenue à l’abrasion, les composants en céramique confèrent une stabilité en cas de températures élevées. Les éléments sont utilisés pour maîtriser des tolérances serrées dans le positionnement de pièces travaillées sur des montages d’ablocage, où ils sont soumis à des contraintes répétées. Fabricant Norelem

INDUSTRIE & TECHNOLOGIES N° 1050 FÉVRIER 2022

cahier technique

Le silicium à la conquête de la photonique

Associant les propriétés optiques du silicium aux moyens de fabrication de la microélectronique, la photonique sur silicium offre de nombreuses promesses d’acquisition, de transmission

et de traitement de l’information.

Réalisé paR

CHRISTOpHE KOpp Directeur du programme photonique de l’IRt Nanoelec au CEA-Leti.

BERTRaND SZELaG Chef du laboratoire de photonique sur silicium du CEA-Leti.

KaRIm HaSSaN Responsable du domaine des interconnexions photoniques au CEA-Leti.

SyLVaIN GUERBER Ingénieurchercheur en photonique au CEA-Leti.

CEA

J. DEDuytsChE / CEA

Transmetteur-récepteur optoélectronique intégré à haut débit sur fibres optiques.

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BENOIT CHaRBONNIER Responsable du domaine des calculs optiques au CEA-Leti.

cahier technique

FiG. 1

Composants de base d’un circuit photonique intégré RÉSEAU DE COUPLAGE Substrat en silicium

Fine couche d’oxyde de silicium (SiO)

Signal optique

(700 nanomètres)

(500 à 700 micromètres)

GUIDE D’ONDES Signal optique Couche de nitrure de silicium (SiN)

Alliage cupro-aluminium

Tungstène

(guide optique superposé)

Microchaufferette en titane Guide arête

Guide ruban

Guide arête profond

Guides en silicium

MODULATEUR EN SILICIUM À JONCTION PN

Plug en tungstène Signal optique

1. PriNciPe : s’aPPuYer sur la MicroÉlectroNique Silicium dopé P

Silicium dopé N

PHOTODIODE EN GERMANIUM À JONCTION PIN

INFOGRAPhIEs : FLORENt ROBERt

Plug en tungstène

Silicium Germanium dopé N

Signal optique

utilisation de plaques de semi-conducteurs en silicium (wafers) a permis l’essor des technologies microélectroniques grâce à la miniaturisation des circuits actifs pour la réalisation de microprocesseurs ou de mémoires. Aujourd’hui, un circuit électronique intégré sur une puce d’environ 1 cm2 contient plusieurs centaines de millions de transistors. Matériau transparent sur une bande spectrale dans le proche infrarouge, le silicium est aussi utilisé pour réaliser des composants optiques traditionnels comme des lentilles. Dans les années 2000, la combinaison de ses propriétés optiques et des moyens de fabrication de la microélectronique a donné naissance à la photonique intégrée sur silicium. Les circuits intégrés sur une puce sont désormais des circuits optiques dans lesquels se propagent des signaux lumineux au sein de guides de moins de 1 micromètre de section. Comme pour la microélectronique, ce niveau de miniaturisation des circuits photoniques intégrés (PIC) représente un nouveau paradigme pour les concepteurs, leur permettant d’exploiter les propriétés uniques de la lumière pour la communication, l’acquisition et le traitement de données. Bien que jeune, la technologie de la photonique intégrée sur silicium a déjà atteint un premier degré de maturité avec le développement de plusieurs filières industrielles afin de produire des composants destinés au marché des communications à haut débit sur fibre optique pour le réseau internet. Aujourd’hui, les applications se diversifient au cœur des centres de recherche et des startup dans des domaines aussi divers que l’électronique pour le grand public, la santé, l’agroalimentaire, l’automobile et l’industrie 4.0.

Ces vues en coupe illustrent les différents composants de la photonique. Le signal optique est véhiculé au sein de guides en silicium.

Germanium dopé P

La photonique sur silicium utilise les moyens de fabrication développés pour les technologies microélectroniques CMOS (Complementary metal oxide semi-conductor) permettant de bénéficier, à moindre coût, d’outils de production de circuits avancés et de l’environnement associé, depuis la conception de circuits jusqu’à l’assemblage. Ces technologies à base de silicium permettent de réaliser

ce qu’iL Faut retenir La photonique sur silicium emploie des procédés déjà éprouvés en microélectronique. Son utilisation peut accroître les débits de données, en réduisant la consommation énergétique. La photonique permet d’aboutir à des puces neuromorphiques équivalant à des réseaux de neurones interconnectés.

cahier technique

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FiG. 2

Quand l’optique et l’électronique se rassemblent

Densité de données (Gbps/mm)

l’élément de base des circuits photoniques : le guide d’ondes. En effet, le fort contraste d’indice de réfraction (noté n) entre un cœur en silicium (n=3,5) et une encapsulation en oxyde de silicium (n=1,44) permet de former des guides optiques aux longueurs d’onde de télécommunications, typiquement entre 1,3 et 1,6 µm. La notion de photonique sur silicium apparaît avec l’article fondateur de Soref et Bennett en 1987. Cet article décrit comment, en injectant ou en appauvrissant des porteurs dans le silicium, les propriétés optiques du matériau peuvent être changées. Ainsi, intégrer une jonction de diode PN dans un guide d’ondes permet d’obtenir un composant actif: un modulateur de phase. La modulation de la lumière est utilisée dans les fonctions de transmission de données afin de coder des signaux électriques sur une porteuse optique. Au bout de la liaison, le signal lumineux est reconverti en signal électrique grâce à une photodiode intégrée en germanium. La zone de germanium est généralement formée par un procédé d’épitaxie sélective dans des cavités de silicium. Les photons sont absorbés dans cette portion de germanium, formant des paires électron-trou qui sont collectées en appliquant une tension aux bornes du germanium. Afin de faire interagir les composants entre eux, on utilise deux ou trois niveaux d’interconnexion métallique tels que ceux utilisés dans les technologies de la microélectronique (contre une dizaine pour les technologies CMOS les plus avancées). Dans la plateforme de photonique sur silicium proposée au CEA-Leti (fig. 1), des guides à base de nitrure de silicium (SiN) sont aussi utilisés. La couche de SiN permet de réaliser des guides à très faibles pertes de propagation ou encore des fonctions thermiquement plus stables qu’avec du silicium. En revanche, elle ne permet pas de réaliser des composants actifs. La co-intégration de ces deux types de guides est devenue standard dans les différentes offres de technologies photoniques sur silicium. L’épaisseur du film de silicium est de 310 nm. Différentes valeurs sont utilisées selon les fonderies, cette épaisseur variant généralement entre 170 et 440 nm. En plus des modulateurs à jonction et des photodiodes, d’autres composants actifs comme les «heaters» sont intégrés afin de modifier localement la température et donc les propriétés optiques des composants. La plateforme technologique est accompagnée d’outils de conception de circuit (CAD) qui intègrent des librairies de composants permettant ainsi à l’utilisateur d’assembler différents éléments dont les performances sont connues et modélisées. Il peut alors simuler la réponse de son circuit avant de lancer la fabrication. L’utilisation de moyens de fabrication issus de l’industrie de la microélectronique permet d’avoir un écosystème complet pour la photonique sur silicium. Ainsi, de grands acteurs comme Intel, Global Foundries, TSMC ou encore STMicroelectronics utilisent ou proposent des plateformes de photonique sur silicium dans leurs usines de fabrication pour CMOS. Des instituts de recherche comme l’Institut

100

Près du processeur

Processeur

Au bord du circuit 0

2012

Sur circuit

Fibre 2017

2022

Année

En un peu moins de dix ans, les fibres optiques se sont rapprochées des processeurs, accélérant ainsi le traitement des données.

de microélectronique et composants (Imec) en Belgique, le CEA-Leti et l’IRT Nanoelec en France ou AIM Photonics aux États-Unis proposent des lignes pilotes. Les grands acteurs de la CAD tels que Cadence, Siemens EDA ou encore Synopsys apportent des solutions spécifiques à la photonique à partir de leurs outils microélectroniques. Ainsi, cet environnement permet à de nombreux centres de conception de proposer des circuits à base de photonique sur silicium pour traiter différentes thématiques telles que celles décrites ci-après.

2. coMMuNicatioN : oPtique et ÉlectroNique coNverGeNt Les communications photoniques sur puce répondent aux besoins croissants d’échange de données. Depuis les premières transmissions par fibre optique dans des câbles sous-marins transatlantiques à la fin des années 1980, les réseaux de communication optique n’ont cessé de s’étendre, reliant désormais de grands centres de données, dans lesquels l’information est traitée et stockée, à nos habitations. L’intérêt de ces communications optiques repose principalement sur la capacité des guides optiques à transmettre une grande quantité d’informations à une haute fréquence et sur des grandes distances, là où les liens électroniques sont confrontés à des pertes accrues, limitant ainsi le débit. En fonction des besoins, le débit agrégé sur une fibre optique varie de 1 Gbps pour le FTTH (Fibre to the home) à plus de 100 Gbps par fibre 51

cahier technique

la microélectronique peuvent s’adapter à la production de ces circuits puisque les procédés et matériaux utilisés sont ceux de l’industrie CMOS. Un des enjeux de la photonique sur silicium est l’intégration des sources laser nécessaires côté émetteur. Pour ces sources, les matériaux de choix sont le phosphure d’indium (InP) et l’arséniure de gallium (GaAs). Ceux-ci peuvent être apportés localement, par collage moléculaire de petites vignettes, directement sur les circuits en silicium. Cette méthode d’intégration permet d’avoir l’ensemble des matériaux sur une même puce (fig. 2) pour assembler la totalité des composants optiques nécessaires tout en minimalisant les coûts de production. Le CEA-Leti, associé au III-V Lab, se distingue par son savoir-faire dans l’intégration multi-matériau, notamment avec les semi-conducteurs III-V sur silicium, mais aussi dans les procédés de réalisation avec la démonstration des premiers lasers dits hybrides III-V/Si avec des contacts métalliques CMOS sur wafer de 200 mm en 2017.

à l’intérieur d’un centre de données, et même 100 Tbps pour un câble sous-marin. À chaque embranchement de ces réseaux de communication, des transmetteurs-récepteurs photoniques jouent le rôle de transducteurs entre les données traitées électroniquement dans les serveurs et les ordinateurs, et le réseau de fibres optiques transmettant ces données. Ces transducteurs sont composés de deux circuits : un émetteur et un récepteur. Du côté de l’émetteur, une ou plusieurs sources laser sont reliées à des modulateurs photoniques, capables d’encoder la lumière émise. L’information ainsi encodée est regroupée dans un mélangeur de longueurs d’onde avant d’être extraite de la puce en direction de la fibre optique. Du côté du récepteur, le signal optique récolté est séparé par longueurs d’onde et converti en signal électrique grâce à des photodiodes intégrées (fig. 3). Depuis 2015, les premiers produits comprenant des transducteurs photoniques sur silicium sont apparus sur le marché. Les usines de fabrication de

FiG. 3

Principe de fonctionnement d’un émetteur-récepteur photonique CONVERSION ÉLECTRIQUE VERS OPTIQUE Driver Entrée de données électriques Laser

Modulateur

Coupleur de ﬁbre Multiplexeur

Conversion électrique vers optique

Interface PIC vers ﬁbre

Combinaison des signaux

Sortie de données optiques

CONVERSION OPTIQUE VERS ÉLECTRIQUE

Démultiplexeur Entrée de données optiques

Coupleur de ﬁbre

Interface ﬁbre vers PIC

Séparation des signaux

Photodétecteur

Conversion optique vers électrique

Sortie de données électriques

Les émetteurs-récepteurs photoniques jouent le rôle de transducteurs entre les données des ordinateurs et le réseau de fibres optiques. Du côté de l’émetteur, une ou plusieurs sources laser sont reliées à des modulateurs photoniques capables d’encoder la lumière émise. L’information est ensuite regroupée. Du côté du récepteur, le signal optique récolté est séparé par longueur d’onde et converti en signal électrique grâce à des photodiodes intégrées.

cahier technique

Désormais, les enjeux dans ce domaine sont l’accroissement des débits tout en réduisant la consommation énergétique par bit transmis, ainsi qu’une intégration plus forte avec l’électronique. En effet, la performance des systèmes électroniques est de plus en plus limitée par les entrées et sorties et par la consommation d’énergie liée aux échanges des données. Une convergence s’opère entre photonique et électronique pour résoudre ces limitations, par un assemblage commun. Dans ce cas, l’intégration de plusieurs puces photoniques et électroniques se fait par assemblage 3D avec une puce intermédiaire (appelée aussi «interposer») liant à haut débit les différents circuits. Cela ouvre la voie à des architectures de calcul désagrégées, où chaque cœur de calcul, cœur graphique ou mémoire est accessible de façon dynamique et reconfigurable, répondant ainsi aux besoins pour le calcul haute performance (HPC) et l’intelligence artificielle (IA).

3. acquisitioN : la ProMesse des caPteurs PhotoNiques Tout comme nos yeux, nos oreilles ou notre nez nous permettent d’appréhender notre environnement, les capteurs sont des éléments essentiels pour rendre nos technologies plus intelligentes. Ils permettent à nos machines, robots, smartphones et ordinateurs d’accéder aux grandeurs physiques en les traduisant en une information compréhensible. D’abord réservés à des applications industrielles ou scientifiques, de nombreux types de capteurs sont maintenant entrés dans notre vie quotidienne grâce à la miniaturisation : accéléromètres, gyroscopes, compas, altimètres, thermomètres ou encore récepteurs GPS. Par ailleurs, l’optique permet de réaliser des capteurs ultraprécis. On peut citer l’interféromètre géant Ligo, capable de détecter une variation de la longueur de ses bras de l’ordre de 10–19 m, témoignage du passage d’une onde gravitationnelle. En s’appuyant sur l’industrie de la microélectronique, des capteurs optiques performants ont également été développés: matrice de photodiodes pour les appareils photo et vidéo numériques, détecteurs de lumière ambiante et de proximité, oxymètres ou encore scanners 3D à lumière structurée. Avec son très fort potentiel d’intégration, la photonique sur silicium est devenue une technologie de choix pour la réalisation de capteurs optiques de nouvelle génération. En regroupant plusieurs fonctions optiques au sein d’une même puce, il est ainsi possible de réaliser des capteurs plus intelligents tout en maintenant un bas coût de production. Un exemple récent de cette évolution est le développement de systèmes lidar (Light detection and ranging) sur puce pour l’assistance à la navigation des véhicules et objets mobiles autonomes. En effet, le système de balayage de faisceau peut être réalisé par un OPA (Optical phased array, ou réseau de phase optique) intégré sur une puce photonique. Ce dispositif consiste en un arbre de division

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FiG. 4

Lidar intégré sur une puce photonique Lumière émise

Modulateurs photoniques

(par la tranche ou la surface de la puce)

Source de lumière

Guide d’ondes photonique

Faisceau laser (sortie dirigée)

Un système de balayage de faisceau d’un lidar peut être obtenu sans éléments mécaniques mobiles grâce à un réseau de phase photonique.

optique qui répartit la puissance d’une source laser entre différents guides d’ondes. Chacun d’eux est ensuite connecté à une antenne optique capable d’émettre la lumière par la surface de la puce. En modifiant les relations de phase entre les différentes antennes (grâce à des modulateurs photoniques), il est ainsi possible de former un faisceau laser pointant dans une direction choisie (fig. 4). Ce procédé, appelé «Solid state beam steering», permet un balayage rapide du faisceau laser sans aucune partie mécanique mobile, réduisant ainsi significativement le coût et la taille du dispositif tout en améliorant ses performances. Par ailleurs, en intégrant également le circuit de réception sur la même puce photonique, des techniques de détection avancées comme le FMCW (Frequency modulated continuous wave) peuvent être mises en œuvre. Cette méthode permet de mesurer non seulement la distance de la cible mais également sa vitesse relative. Le développement de lidars intégrés sur puce photonique ouvre donc la voie à des robots, des drones ou encore des véhicules autonomes interagissant avec leur environnement. Le prochain défi du développement de ces capteurs réside dans la co-intégration des différents éléments (laser, puce photonique, électronique de contrôle). Grâce à ses différents laboratoires spécialisés en optique et en électronique, le CEA-Leti est capable de traiter de façon globale l’intégration de ces différents systèmes. La grande variété de fonctions optiques disponibles permet également d’envisager d’autres types de capteurs. De nombreux travaux sont notamment menés sur les biocapteurs (détection d’espèces chimiques, de molécules,

cahier technique

de cellules…). À plus long terme, l’amélioration croissante de la technologie photonique sur silicium laisse envisager le développement de nouvelles fonctions construites notamment sur l’optique non linéaire. De tels composants ouvrent un nouveau champ d’applications comme la réalisation d’horloges atomiques sur puce, de sources de fréquence ultrastables ou encore de spectromètres miniatures. Enfin, la photonique quantique intégrée laisse entrevoir la réalisation de gyroscopes, d’accéléromètres ou encore de gravimètres ultraprécis exploitant les propriétés uniques de la physique quantique.

4. traiteMeNt : vers le NeuroMorPhique Grâce au niveau d’intégration atteint par la photonique sur silicium, le traitement optique des données attire de nouveau l’attention, notamment car une grande partie de l’information est, à un moment ou un autre, mise sous forme de signaux optiques. Il apparaît alors opportun de traiter cette information optique directement par un circuit photonique, d’autant plus que les technologies d’intégration photoniques sont maintenant suffisamment matures pour pouvoir réaliser des circuits complexes comportant des centaines de composants individuels. Ces systèmes s’apparentent à des accélérateurs de calcul et se fondent sur une approche neuromorphique. Après une phase d’apprentissage, un circuit neuromorphique sait réaliser une opération mathématique comme une convolution ou une classification à partir de l’équivalent de neurones interconnectés par un réseau dense de circuits synaptiques (fig. 5). La possibilité d’utiliser des composants photoniques pour cela devrait permettre de gagner plusieurs ordres de grandeur en cadence d’opération ainsi

FiG. 5

Circuit photonique de calcul avec capacité d’apprentissage Information codée

Mélange des rayons laser Petits lasers

Réseau de neurones optiques

Calculateur

Barette de photodiodes

Information décodée

Une informatique photonique peut être mise en œuvre en s’appuyant sur une approche neuromorphique. La photonique accélère considérablement le temps de calcul.

qu’en puissance consommée. Par exemple, on peut noter la conception d’un circuit de post-traitement d’un signal optique modulé ayant traversé une grande longueur de fibre optique. Le signal déformé est remis en forme par un circuit photonique neuromorphique, réduisant le taux d’erreur de la transmission. Un autre exemple est celui donné par le MIT pour effectuer une opération de reconnaissance vocale (deux start-up sont issues de ces travaux: Lightelligence et Lightmatter). Il faut aussi signaler les travaux du groupe du professeur Prucnal, de l’université de Princeton, proposant un réseau de neurones photoniques impulsionnels très performant (ayant abouti à une start-up nommée Luminous Computing), ou encore une autre start-up, iPronics, qui réalise l’équivalent de circuits programmables FPGA (Field programmable gate arrays) en photonique. On peut aussi mentionner la société française LightOn, qui commercialise un système optique de compression de données dont l’efficacité a été démontrée par rapport à des systèmes de compression numériques. Le point commun des réalisations citées est que presque toutes utilisent des composants photoniques intégrés sur silicium. En regardant de plus près l’architecture des circuits intégrés proposés, on peut noter qu’ils emploient tous, pour la partie linéaire (c’est-à-dire la partie qui réalise la combinaison linéaire entre les signaux et les poids synaptiques), des composants communs: coupleurs surfaciques, guides d’ondes, photodiodes… Un élément clé semble être un déphaseur optique qui permet d’ajuster les interférences entre différents rayons lumineux et de régler les poids synaptiques. Pour la partie non linéaire (fonction d’activation des neurones), les propositions sont moins détaillées. Seul le groupe de Princeton propose une architecture active de circuit (c’est-à-dire intégrant les neurones) à base de lasers impulsionnels. D’autres propositions de neurones photoniques ont été faites par d’autres groupes mais toutes se heurtent à des limitations de passage à l’échelle ou de densité d’intégration (par exemple, un neurone à base de VCSEL ou d’anneaux résonnants). Pour rendre ces circuits neuromorphiques encore plus efficaces, il est nécessaire de disposer de deux composants spécifiquement développés pour cette application: le déphaseur non volatil et le laser impulsionnel. Le déphaseur non volatil permet de régler les poids synaptiques d’un circuit neuromorphique. Les valeurs de ces poids sont déterminées lors de la phase d’apprentissage du circuit. Au CEA-Leti, nous cherchons à développer des déphaseurs à base de matériaux « à changement de phase» (attention, il s’agit ici de phase cristalline et non pas de phase optique) dont l’indice varie en fonction de l’état. Ces matériaux peuvent prendre deux phases matérielles distinctes et stables (cristalline ou amorphe) et ainsi induire sur un signal optique un retard variable qui, une fois établi, reste constant dans le temps sans consommer d’énergie. Le laser impulsionnel reproduit le comportement d’un neurone de type «Leaky integrate and fire» (LIF), compor-

cahier technique

La base de données de l’industrie et de ses décideurs

tement qui est similaire à celui de nos neurones corticaux. En effet, soumis à un stimulus externe (par exemple, une impulsion de courant similaire à un signal synaptique), un tel laser se rapproche d’un état excité. Si les stimuli se succèdent de façon suffisamment rapide, le laser finit par émettre une impulsion lumineuse qui va servir de stimulus pour les neurones suivants. Après avoir émis une impulsion, le laser passe par une phase réfractaire, au cours de laquelle il se recharge et ne pourra pas réémettre. Finalement, si le laser est proche d’un état excité mais que les stimuli cessent, celui-ci se remet au repos. Dans ce domaine, les premières démonstrations commerciales en sont encore à leurs premiers balbutiements. Mais les développements technologiques à venir, notamment concernant les déphaseurs non volatils ainsi que des lasers impulsionnels intégrés sur silicium, pourraient induire un changement d’échelle pour les circuits neuromorphiques photoniques en réduisant la consommation électrique et en augmentant considérablement le nombre de neurones interconnectés et donc « l’intelligence » du circuit.

5. PersPectives : iNdustrialiser la PhotoNique

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La montée en puissance des filières de photonique sur silicium pour des wafers de 300 mm de diamètre est un atout majeur pour cette technologie, avec une amélioration des performances des composants et des rendements de fabrication. La nouvelle génération de circuits pourra intégrer plusieurs milliers de composants photoniques sur une même puce. L’augmentation du nombre de fondeurs et la mise à disposition d’outils de conception permettront aux entreprises de toute taille, fabless ou non, d’accéder à cette technologie, aussi bien en phase de R&D qu’en phase de production, avec la possibilité de se tourner vers des marchés de masse. À court terme, le prochain enjeu pour cette technologie est de pénétrer les marchés des capteurs optiques, bien connus pour leurs avantages en matière de précision, sensibilité, sélectivité, polyvalence et vitesse d’acquisition. De tels capteurs photoniques miniaturisés sont indispensables pour répondre à la transformation numérique de notre société qui compte déjà plus de 20 milliards d’objets et systèmes connectés. À plus long terme, le traitement optique de l’information permettra d’accompagner la montée en puissance des systèmes de calcul et d’IA. cc

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cahier technique

Pour aller Plus loin VidÉo

Le CEA présente son intégration de III-V sur silicium

D.R.

Dans une vidéo mise en ligne en 2020, le CEA-Leti présente sa plateforme pour le collage de couches de semi-conducteurs III-V sur un substrat de silicium à grande échelle. Cette intégration permet d’aller plus loin dans la miniaturisation, l’efficacité énergétique et la réduction des coûts des circuits photoniques. Le procédé optimise les couches III-V pour chaque laser et modulateur. Il peut intégrer des couches de silicium amorphe, de silicium-germanium (SiGe), de germanium (Ge) et de nitrure de silicium (SiN) avec des matériaux III-V, sur la même tranche, en bénéficiant des avantages de chaque matériau. Cette technologie répond aux besoins des secteurs de la communication, de l’informatique et de la détection.

rÉalisation

Performances record pour la photodiode du III-V Lab

D.R.

Le laboratoire francilien III-V Lab, entité commune à Nokia, à Thales et au CEA, a annoncé en novembre dernier avoir conçu une photodiode plus compacte, dotée d’une bande passante de 110 Ghz. Il s’agit d’une véritable prouesse dans ce domaine : les photodiodes sur le marché plafonnent à 50 Ghz. Ces composants sont essentiels pour les réseaux télécoms modernes, car ils permettent de convertir un signal optique en signal électrique, faisant ainsi le pont entre les réseaux de fibres optiques capables de véhiculer les informations à haut débit et les systèmes électroniques. Cette innovation devrait ouvrir la voie à des réseaux de communication plus rapides.

entreprise

D. R.

des circuits programmables en photonique

L’espagnol iPronics développe le concept de systèmes photoniques programmables. Ceux-ci sont construits sur un matériel optique configurable grâce à un logiciel pour exécuter de multiples fonctions. La puce FPPGA (Field programmable photonic gate array), équivalente des puces FPGA en électronique, peut être configurée pour réaliser une fonction spécifique. Ces puces offrent une bande passante plus importante tout en réduisant la consommation énergétique et les coûts.

liVre

D.R.

Calculer à la vitesse de la lumière

Écrit par Paul R. Prucnal et Bhavin J. Shastri, deux chercheurs de l’université de Princeton, « Neuromorphic Photonics » fait office de référence. L’ouvrage jette des ponts entre les domaines des dispositifs photoniques et des réseaux neuronaux. Il retrace l’évolution de la photonique neuromorphique, depuis l’avènement des neurones à fibre optique jusqu’aux neurones laser intégrés, en cours de développement. Le livre explore les architectures d’interconnexion et présente les fonctionnalités clés de ces réseaux, comme l’apprentissage.

lexique CMOS (COMPLEMEntAry MEtAL OxIdE SEMICOnduCtOr) Technologie utilisée pour produire des circuits intégrés, utilisant des semiconducteurs de type N et P. Par extension, désigne les composants électroniques produits avec cette technologie. FMCW (rAdAr à OndE COntInuE MOduLéE En FréquEnCE) Type de radar qui utilise une variation permanente du signal émis autour d’une fréquence de référence pour détecter des cibles fixes. GuIdE d’OndES Système physique permettant de maintenir une onde confinée sur une certaine distance. MuLtIPLExEur Circuit permettant de concentrer plusieurs signaux optiques sur une même voie. nEurOnE LIF (LEAky IntEGrAtE And FIrE) Modèle de neurone dit « d’intégration et tir avec fuite », qui s’approche le plus du modèle humain. Ce type de neurone peut être simulé avec des lasers impulsionnels. SEMICOnduCtEurS III-V Alliages constitués d’éléments des colonnes III et V du tableau périodique. Leurs propriétés sont utilisées dans des applications en opto-électronique. SOI (SILICIuM Sur ISOLAnt) Structure constituée d’un empilement d’une couche de silicium sur une couche d’isolant. Elle permet de créer des transistors fonctionnant à hautes fréquences. WAFEr Plaque de semiconducteur monocristallin servant de base aux circuits intégrés.

terrain de jeux

Caustiques atomiques

En exposant les possibilités dans la manipulation des ondes de matière, l’équipe de recherche a élargi le champ des innovations en ce qui concerne les technologies quantiques.

Nature

Certains jeux de lumière cachent des théories sophistiquées, qui s’explorent encore mieux en jouant avec les atomes. Les caustiques sont ces courbes ou surfaces brillantes qui s’observent par exemple au pied d’un verre éclairé ou à la surface d’une mer illuminée par le soleil. Issues de la réfraction ou de la diffraction de la lumière, les caustiques possèdent des géométries stables et bien définies, dont la théorie des catastrophes explique la formation. Pour générer plus de formes et explorer plus loin la théorie, une équipe de recherche américaine est passée des ondes lumineuses aux ondes de matière. Un laser atomique, issu d’un condensat de Bose-Einstein d’atomes de rubidium suspendu au sein d’un piège magnéto-optique, produit un flux cohérent d’atomes tombant sous l’effet de la gravité. Ce flux a la forme d’un mince rideau de matière, large d’une centaine de micromètres. Les chercheurs perturbent alors ce flux en le traversant en son milieu d’un faisceau laser optique, qui joue le rôle du verre ou de l’eau faisant obstacle à la lumière. Le rideau d’atomes perturbé est enfin mis en image par une caméra CCD. Résultat, des caustiques variées comme celles présentées ici. Celles avec une zone sombre au milieu correspondent à un faisceau laser jouant le rôle d’un potentiel répulsif, tandis que celles plus lumineuses en leur centre sont produites par un laser attractif, dont l’effet est analogue à celui d’une lentille focalisant le flux d’atomes. En jouant sur les intensités répulsives et attractives du laser obstacle, mais aussi en modulant l’accélération de la chute par un champ magnétique, les chercheurs obtiennent toutes sortes de caustiques, difficiles ou impossibles à créer en optique. Et pourront confronter la théorie des catastrophes aux effets d’interaction entre atomes et aux interférences quantiques. cc manuel moragues

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