La giga capacité de la nanoélectronique

L’internet, le téléphone, le multimédia, le GPS, l’électroménager, l’électronique de toutes sortes font partie de notre vie courante. Aujourd’hui, la transition se fait de la micro-électronique vers la nanoélectronique. Nous allons le voir, les conséquences sont une plus grande miniaturisation des appareils, et des capacités de fonctionnement que l’on n’imaginait pas il y a quelques années. Les progrès réalisés au niveau des puces RFID laissent également entrevoir des potentialités nouvelles.

On parle de passage de la microélectronique à la nanoélectronique : qu’est ce que cela signifie ?

En électronique, le transistor est le composant actif fondamental. Il permet de traiter les signaux électriques (amplification, filtrage, stabilisation, modulation…). L’innovation technologique en électronique a pris de l’ampleur à partir du moment où les transistors ont été intégrés en très grand nombre au sein d’un seul composant, le microprocesseur. A partir de là, l’innovation a abouti à des transistors de plus en plus petits et de plus en plus nombreux, suivant la loi de Moore. En 2004, la taille de ces transistors est passée en dessous de 90 nanomètres de largeur. A l’échelle actuelle (32 nm), les lois qui régissent le fonctionnement des puces électroniques ne sont plus celles de la physique classique : c’est à ce stade que des effets apparaissent avec des propriétés nouvelles, c’est l’effet quantique.

Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?

L’ordinateur quantique ne fonctionnerait pas à partir de bits classiques, dont les états sont parfaitement définis (0 ou 1), mais grâce à la propriété d’intrication des éléments de la matière à l’échelle quantique (2 atomes ou 2 photons peuvent rester « liés » ensemble, même séparés de plusieurs dizaines de kilomètres), on peut mettre au point des bits quantiques ou « qubits » représentant une large gamme de mélange (superposition d’états) entre 0 et 1. Avec 30 qubits, on peut ainsi coder 230 objets simultanément soit 1 milliard de nombres. Les frontières actuelles des applications concevables seraient profondément repoussées et certaines applications actuelles totalement obsolètes (cryptologie). On sait aujourd’hui fabriquer des dispositifs à 8 « qubits » et l’on estime à 10 ans la faisabilité d’un vrai « ordinateur quantique ». Les applications, on l’aura compris, sont nombreuses, mais les chercheurs insistent sur la révolution que l’ordinateur quantique représenterait pour un domaine comme la cryptologie.

Quelles sont les applications possibles au niveau des puces RFID ?

Sans trop se caricaturer, on peut comparer les puces RFID à des ordinateurs très particuliers : ils sont discrets par leur taille, sans aucun périphérique ni interface. De plus, ils sont capables de s’activer seuls, lors du passage au travers du champ émis par un lecteur et leur état de fonctionnement n’est nullement visible. De la taille d’un cheveu, ces puces indétectables se révèlent être des outils révolutionnaire au niveau du traçage. En effet, notre vieux code barre ne fait pas le poids, face à la RFID, qui outre sa taille possède des capacités de stockage d’informations impressionnantes. Toutes ces voies de traitement du signal connaissent à l’heure actuelle une croissance difficilement mesurable mais très importante.

Ces systèmes miniaturisés d’écoute et de stockage d’information ne pose-t-il pas de problème au niveau de la liberté et du droit à l’intimité ?

La CNIL insiste depuis plusieurs années sur les barrières éthiques à mettre en place. Il est évident que le danger face à la menace d’une surveillance généralisée soulève toutes les craintes. Au niveau français, mais également national. Ainsi, les Cnil européennes avouent être préoccupées des possibilités de « violation de la dignité humaine et des droits de protection des données» induites par certaines applications des RFID. «Nos inquiétudes concernent en particulier les possibilités pour les gouvernements et les entreprises d’utiliser les RFID pour s’immiscer dans la sphère privée des individus », résume Alex Türk, président de la CNIL.

Qu’est-ce que la spintronique ?

Il y a encore 50 ans, la capacité des premiers disques durs n’était que de 5 mégaoctets. Aujourd’hui, cette capacité est un million de fois plus importante. Comme le disent les chercheurs, on est passé aux gigaoctets grâce aux nanotechnologies. Ces performances n’auraient jamais été atteintes sans l’effet de magnorésistance géante ou GMR. Cette découverte a ouvert un nouveau champ scientifique : la spintronique. Son impact dans la technologie de l’information est déjà considérable. Les capacités de stockage et de rapidité de lecture des disques durs ont été modifiées très significativement. Ainsi, la densité d’informations est augmentée d’un facteur 100 et l’efficacité énergétique accrue. L’émergence de la GMR, et sa forme plus achevée et quantique, la TMR, ont permis le développement de dispositifs de très petite taille, aujourd’hui utilisés couramment, comme les mémoires flash et les lecteurs MP3.

Quels sont les attentes en termes d’innovation pour les prochaines années ?

Elles sont très nombreuses et très variées. Au niveau de l’éclairage, des LED intelligentes vont voir le jour. Au niveau des écrans, la révolution est également en marche. Ainsi, on verra bientôt des écrans géants interactifs en lieu et place des vitrines pour personnaliser la publicité, et, sans même avoir à entrer dans les magasins, pouvoir découvrir sinon acheter ce qui y est entreposé. Pour les motards, des interfaces translucides permettront notamment de voir de nuit ou encore d’anticiper les risques d’accident. Aussi, des voitures « intelligentes » qui s’adaptent à l’état du conducteur, en améliorent ses réactions, quitte à prendre le contrôle du véhicule à sa place, seront mises sur le marché. Enfin, des vêtements et implants eux aussi « intelligents », afin de surveiller la condition physique de celui ou celle qui les portent, voire d’effectuer des diagnostics médicaux à distance, sont à l’étude. Bien sûr, il n’existe pas encore de date prévu pour une mise sur le marché, mais toutes ces innovations ont passé le cap des tests.

Attend-on des innovations en termes de téléphonie ?

L’exemple de la téléphonie est révélateur du potentiel des nanotechnologies. C’est d’ailleurs grâce aux propriétés de la spintronique que la taille des composants et l’énergie consommée par les téléphones portables va être réduite de manière drastique. Ces derniers constituent aujourd’hui l’un des principaux marchés de la nanoélectronique. Il s’agit de repenser ce qui devient en fait un véritable terminal mobile, dont le téléphone n’est alors plus qu’un des fonctionnalités parmi d’autres, afin de répondre à une meilleure autonomie et toujours plus de fonctions (multimédia, GPS…). On s’achemine petit à petit vers des terminaux que l’on pourra porter au poignet.

Quels sont les indicateurs pour le marché des nanotechnologies sur ce secteur là ?

Les chiffres portent la promesse d’une révolution. Le marché annuel de l’électronique au sens large, incluant l’ensemble des industries qui en dépendent, représente un montant de l’ordre de 5.000 milliards d’euros, montant sans cesse croissant dont une grande partie est réinvestie dans les efforts de recherche et développement. L’Europe apparaît aujourd’hui à la traîne par rapport à l’Asie, aux États-Unis et au Japon en termes de budget consacré aux nanosciences.