La mécanique voit toujours plus petit – Usine Nouvelle Sept. 18

Elle est invisible à l’œil nu, tient sur un cheveu. La plus petite maison au monde a été dévoilée en mai par l’institut de recherche Femto-ST, à Besançon (Doubs). Elle a été construite grâce à une plate-forme technologique unique en Europe, composée de nanorobots capables de travailler avec une précision de 10 nanomètres. Bienvenue dans la mécanique de l’infiniment petit. Cette percée est révélatrice : la miniaturisation des pièces mécaniques, démarrée avec la réduction en taille d’objets comme les téléphones et les moteurs, va toujours plus loin. Aujourd’hui, le premier secteur à tirer cette tendance est le médical. Pinces, préhenseurs, endoscopes, implants… Pour réduire les risques infectieux, les objets insérés dans le corps sont miniaturisés et la chirurgie devient mini-invasive, faite sans ouvrir le corps, mais en passant par des conduits très petits.

La neuroradiologie interventionnelle, qui traite les pathologies du cerveau (anévrismes, accidents vasculaires cérébraux), utilise par exemple de longs cathéters pour faire passer, via l’artère fémorale, une prothèse vasculaire, appelée stent, qui va se déployer dans l’artère cérébrale. En mai, le français Balt a commercialisé l’un des plus petits stents au monde, capable de s’introduire dans un cathéter de 0,43 millimètre de diamètre. « Ce stent est fabriqué avec un fil de 25 microns de diamètre, deux fois plus fin que les précédents, explique Nicolas Plowiecki, président de cette PME de Montmorency (Val-d’Oise). La difficulté a été de réduire la taille de l’outillage de nos machines, fabriquées en interne. Pour cela, nous avons appris à travailler la céramique, plus résistante que l’acier traité, et les techniques d’usinage sans contact comme l’électroérosion et l’usinage laser. » Des techniques difficiles à maîtriser. « Pour réaliser des stents plus petits encore, nous devons mieux maîtriser l’usinage sans contact », admet Nicolas Plowiecki.

Gravure sur silicium

Autre pièce emblématique de la miniaturisation dans le médical : le stimulateur cardiaque. Le plus courant sur le marché est aujourd’hui semblable à un sachet de thé. Le plus petit a la forme d’une gélule longue de 25,9 millimètres pour 6,7 d’épaisseur. Il s’agit du stimulateur Micra, commercialisé par l’américain Medtronic en 2015. « L’opération la plus délicate dans la fabrication de cet appareil est la soudure, détaille Dominique Piguet, responsable de l’industrialisation des produits au sein de l’usine qui fabrique le Micra, implantée en Suisse pour bénéficier des savoir-faire de l’horlogerie helvète. Pour la réaliser, nous avons développé un ­mini-robot ­manipulateur plus précis dans son placement qu’un opérateur et appris à utiliser une technologie laser de soudure sur le titane. » Un défi technologique tel que l’entreprise a travaillé avec l’École polytechnique fédérale de Lausanne pour comprendre ce qui se passe au moment où le titane fond.

Dominique Piguet en est convaincu, la miniaturisation des dispositifs médicaux va continuer car elle améliore le confort du patient. Ce qui nécessitera, selon lui, de s’ouvrir à une nouvelle technologie, la photolithogravure sur disque de silicium (aussi appelé wafer). Ce procédé, utilisé dans l’électronique pour la fabrication des circuits, consiste à retirer par attaque chimique de la matière à certains endroits de la surface du wafer en utilisant des masques – l’équivalent de pochoirs – pour obtenir les motifs désirés. « Les technologies actuelles ne permettent pas de réduire la taille des batteries de nos stimulateurs, pointe Dominique Piguet. Si demain nous réussissons à les fabriquer en silicium, nous pourrons descendre à des échelles dix fois plus petites. »

Philippe Vuichard, le patron de la PME familiale éponyme, est plus réservé. « La fabrication sur wafer offre des possibilités extraordinaires, mais elle est liée au silicium et limitée en termes de caractéristiques mécaniques et de formes obtenues », précise-t-il. C’est d’ailleurs parce qu’elle n’était pas satisfaite des prototypes réalisés sur wafer que l’université de Valenciennes s’est tournée vers Vuichard pour la fabrication d’un micromoule, à la surface lisse en apparence, mais en réalité sinusoïdale. La société a réussi à fabriquer ce moule par microfraisage, grâce à un outil à la pointe de moins de 1 micron de diamètre et au pas d’usinage de 0,5 micron. Autre technique en cours de maturation, la fabrication additive métallique. « Parce qu’elle repose sur le dépôt de matière, l’impression 3D métallique est intéressante pour fabriquer des pièces maillées plus petites et pour compacter des pièces autrement réalisées par assemblage, souligne François Niarfeix, chargé du développement des roulements capteurs chez SKF. Elle nous sert à fabriquer des outillages et à réaliser des prototypes. »

Des outils minuscules pour manipuler le minuscule

Le groupe suédois a miniaturisé ses bielles d’avion et ses roulements, dont le plus petit fait 600 microns de diamètre. « Dans les moteurs, par exemple, des roulements très petits permettent d’avoir plus de place pour le bobinage, donc plus de puissance pour un même encombrement, indique François Niarfeix. Aujourd’hui, les constructeurs veulent inclure plus de fonctionnalités dans leurs objets sans en augmenter le volume, ce qui tend à réduire la taille des composants électroniques et des pièces mécaniques qui y sont couplées. » Une tendance forte dans les voitures, les avions, les machines-outils, autant de produits où se retrouvent les roulements capteurs de SKF.

La miniaturisation des composants mécaniques devrait continuer. À condition que les outils existent. Car pour manipuler des objets minuscules, il faut créer des outils minuscules ! C’est pour répondre à ce besoin que la start-up Percipio Robotics crée des microrobots capables de travailler sur des objets de la taille d’un cil de bébé. « Aujourd’hui, les objets minuscules sont manipulés à la pince brucelles sous microscope, un procédé qui a ses limites, explique David Hériban, le fondateur de cette spin-off du Femto-ST créée en 2011. Parce qu’ils permettent de manipuler des objets encore plus petits, nos outils vont lever l’une des limites actuelles à la miniaturisation. » Les doigts des pinces de Percipio mesurent quelques dizaines de microns. Mais avec quels outils fabriquer ces pinces ? La gravure sur silicium s’impose. La miniaturisation est un phénomène qui s’autoalimente.

Source : Usine Nouvelle, 09/09/18, https://www.usinenouvelle.com/editorial/la-mecanique-voit-toujours-plus-petit.N736344