Microtechnologies, Mécatronique et de l'Intelligent Manufacturing
Les microtechnologies sont un ensemble de disciplines transversales qui touchent la conception, le dimensionnement, le calcul, le développement et la réalisation de petits appareils, instruments de mesure, mécanismes de précision, etc.
Elles concernent des « objets » réalisés en utilisant certaines techniques proches de celles utilisées pour les circuits intégrés ; leur taille est généralement comprise entre 100 nanomètres et 100 microns, bien que ceci soit sujet à débat.
La clé est : petit, précis, intelligent.
Rappelons brièvement une définition des microsystèmes (MS)
C'est une structure allant de quelques micromètres à quelques millimètres, intelligente, fabriquée de façon automatique, qui comprend un ou plusieurs élément(s) mécanique(s), utilisant l'électricité comme source d'énergie, en vue de réaliser une fonction de capteur et/ou d'actionneur. Ainsi, un microsystème peut comporter :
- des capteurs dont les microsenseurs qui récoltent l'information;
- un système intelligent qui traite l'information (microprocesseur)
- un système de transmission de l'information
- des actionneurs qui peuvent recevoir et exécuter l'information
- une source d'énergie éventuellement embarquée
- un encapsulage pour protéger certains éléments
En Europe, on utilise plus le terme MST (Micro-System Technology), alors qu'aux Etats-Unis, les termes usités sont MEMS/MOEMS / (Micro Electro Mechanical Systems) et (Micro Opto Electro Mechanical Systems). La définition européenne est plus large, vu qu'elle n'implique pas automatiquement le recours à des circuits intégrés dans les microsystèmes.
Vu le changement d'échelle et les modifications des phénomènes physiques qui en découlent, les techniques traditionnelles de conception, d'analyse, de fabrication et de simulation numérique doivent s'adapter
Les microtechnologies ont un caractère interdisciplinaire car elles se servent des résultats de recherche de toute la physique technique. A la mécanique de précision se sont ajoutées d'autres disciplines de plus en plus présentes et interconnectées les principales sont :
- Les techniques d'usinage dites classiques
- Les techniques physiques classiques appliquées à la petite taille des composants : microoptique, microélectronique, microinjection, microfluidique, la modélisation mathématique
- Les techniques dites physico-chimiques
- Les techniques des Sciences du vivant
- Les techniques d'ingénierie et de production
- Une partie de la mécatronique au sens large
- La maintenance intelligente
Techniques dites « physico-chimiques »
- Laser excimere
- LIGA; couches minces
- PVD ( déposition sèche) et CVD (déposition humide)
Electromécanique/Electronique
- Capteurs et actionneurs
- Entraînements et transmissions
- Sources d'énergies embarquées ou non
- Traitement des signaux et communication
Technique de production, ingénierie
- Projet/Design/ Fabrication de prototypes
- Simulation et modélisation mathématique/ Logiciels
- Systèmes intégrés/Assemblage/Conditionnement, micro injection et micro moulage
- Planification opérationnelle/Logistique
- Appareils de production/Procédés de fabrication
- Usinage de précision: micro tournage, fraisage, électroérosion…
- Instrumentation/Technique de mesure/ Assurance qualité
- Maintenance intelligent
Sciences du vivant
- Microanalyse,
- Biochips, Lab-On-Chip,
- Implants
Technique des salles blanches
- Microanalyse,
- Atmosphères contrôlées /Boîtes à gants/Télémanipulation
Les nanotechnologies sont la conception, la caractérisation, la production et l'application de structures, dispositifs et systèmes par le contrôle de la forme et de la taille à une échelle nanométrique (nm). Malgré la relative simplicité et précision de ces définitions, les nanotechnologies présentent plusieurs acceptions liées à la nature transversale de cette jeune discipline. En effet, elles utilisent, tout en permettant de nouvelles possibilités, des disciplines telles que l'optique, la biologie, la mécanique, la chimie, ou encore la microtechnologie. Ainsi, comme le reconnaît le portail français officiel des NST, « les scientifiques ne sont pas unanimes quant à la définition de nanoscience et de nanotechnologie »
Au départ, les nanosystèmes (NEMS) faisaient appel à des technologies fondamentalement différentes de la micro, mais de plus en plus, il y a recouvrement entre les deux disciplines
La mécatronique peut se définir comme étant l'ensemble des techniques apportant de l'intelligence à un système ou à une machine. Un système mécatronique est une structure mécanique composée d'électronique, d'actionneurs, de capteurs, d'une commande intelligente et d'interfaces avec l'homme et le monde extérieur.
L'approche d'ingénierie multidisciplinaire en mécatronique conduit à de meilleures performances ainsi qu'à de nouvelles fonctionnalités. Ainsi, des microprocesseurs, des capteurs et actionneurs, des méthodes de conception et d'analyse, des instruments de simulation et des techniques logicielles innovantes ont été développés. De nouveaux modèles de conception, d'analyse, de fabrication et de test ont apporté plus de précision. La taille des systèmes dits mécatroniques se réduit pour tendre vers des dimensions « micro ».
L'intelligent manufacturing (IM) est une approche intégrée et multidisciplaire de la production qui utilise également des microtechnologies et des TIC.
Cette approche englobe :
- le produit fabriqué (contrôle qualité, correction de la qualité en cours de process, prévision de qualité finale)
- les équipements et outils de production (maintenance intelligente, maintenance prédictive, TPM, diagnostics, etc..)
- ainsi que les outils de simulation et d'optimisation des process (automatisation des procédés, simulation, optimisation)
L'IM utilise des technologies et des microtechnologies classiques et innovantes ainsi que des outils informatiques. Les PME technologiques qui sont actives en intelligent manufacturing sont en majorité membres du cluster Micro-Technologies.
La pratique de l'IM influence fortement la conception des nouveaux produits et l'évolution des produits existants.
L'IM doit être en relation avec les microtechnologies, les TIC et les techniques de maintenance.
