L'évolution du secteur des semi-conducteurs et ses liens avec les micro et nanotechnologies

N°566 ASSEMBLÉE NATIONALE CONSTITUTION DU 4 OCTOBRE 1958 DOUZIÈME LÉGISLATURE

N° 138 SÉNAT SESSION ORDINAIRE DE 2002-2003

Enregistré à la Présidence de l'Assemblée nationale	Annexe au procès-verbal de la séance du 22 janvier 2003
le 22 janvier 2003

OFFICE PARLEMENTAIRE D'ÉVALUATION

DES CHOIX SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES

RAPPORT

sur

l'évolution du secteur des semi-conducteurs et
ses liens avec les micro et nanotechnologies

par M. Claude SAUNIER, sénateur

Tome I : Rapport

Déposé sur le Bureau de l'Assemblée nationale par M. Claude BIRRAUX Président de l'Office			Déposé sur le Bureau du Sénat par M. Henri REVOL Premier Vice-Président de l'Office

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Créé par la loi du 8 juillet 1983, l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, composé de députés et de sénateurs, a pour mission d'informer le Parlement sur les conséquences de ses choix à caractère scientifique ou technologique.

Les saisines, transmises par un des organes des deux assemblées, sont confiées à un rapporteur choisi parmi les membres de l'Office.

Celui-ci, après avoir procédé à des auditions et à des missions sur place et à la consultation d'experts, rend un rapport qui est soumis à l'approbation de l'ensemble des membres de l'Office, qui décident de sa publication.

Organisme exclusivement parlementaire, l'Office est totalement indépendant du Gouvernement et des administrations.

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INTRODUCTION

Quelques repères historiques

Les technologies électroniques sont plus anciennes qu'on ne le croit généralement. Dès la fin du XIX ^e siècle on avait démontré leur potentiel dans le domaine de la transmission sans fil.

Mais c'est à l' occasion de la seconde guerre mondiale qu'elles furent appliquées au calcul (et donc au traitement de l'information), et principalement par les Anglais dans le domaine du décryptage.

Également employés dans le projet « Manhattan ^{1 ( * )} » , les premiers calculateurs électroniques l'ont aussi été dans le guidage des bombardiers alliés. Mais ils étaient caractérisés par un rapport de puissance de calcul médiocre : la machine « ENIAC » consommait autant d'électricité qu'une ville moyenne pour une puissance de calcul inférieure à celle d'une calculette de poche actuelle.

Les principes scientifiques du transistor à semi-conducteurs ont été posés en 1947 et leur production commerciale a démarré dès 1954 ; certains d'entre nous se souviennent encore du passage des gros postes de radio à tubes aux « transistors ».

Mais c'est la réalisation des premiers circuits intégrés à partir des années soixante (puis des circuits à grande intégration dix ans plus tard) qui a donné un essor décisif à cette industrie.

Par rapport aux transistors ne remplissant qu'une seule fonction - transformation du courant fort en courant faible, gestion de l'énergie thermique dégagée par les systèmes, mémorisation -, les circuits intégrés ont constitué une novation essentielle, car, comme leur nom l'indique, ils peuvent regrouper des fonctions multiples (calcul, numérisation, commande), sur un seul ensemble.

Aujourd'hui , l' apparition des microsystèmes , qui associent les fonctions numériques des microprocesseurs, soit à des fonctions analogiques - comme dans les téléphones portables - soit à des capteurs d'environnement (magnétique, thermique, acoustique, etc.), marque un nouveau stade de développement des technologies électroniques.

Cette évolution doit se poursuivre puisque les applications nanoélectroniques des nanotechnologies se profilent à un horizon de cinq à dix ans.

Ces avancées technologiques ont donc été nourries par une maturation de plusieurs décennies. Nul ne pouvait alors prévoir ces applications, pas plus que l'on ne peut totalement cerner les applications des développements technologiques actuels.

Une anticipation raisonnée

Cette évolution a été rendue possible par un effort de miniaturisation qui a réduit, depuis 1960, la taille des composants d'un facteur dix mille ^{2 ( * )} .

Mais, tout autant que son amplitude, c'est la maîtrise de ce processus de miniaturisation qui étonne : il a été pensé, planifié et réalisé de façon constante et progressive depuis plus de quarante ans.

Nous en donnerons deux illustrations .

Dans une conférence tenue en décembre 1959 , à l'Institut californien de technologie, et devenue depuis mythique, le physicien américain Feynman s'était interrogé sur la possibilité de faire tenir les collections de la Bibliothèque du Congrès, du British Museum et de la Bibliothèque Nationale - soit 24 millions de volumes - sur une tête d'épingle de 1,5 mm de diamètre. Cet exemple à l'appui, il avait circonscrit les principales problématiques de ce qu'est devenue la microélectronique et de ce que sont appelées à devenir les nanotechnologies.

Cette anticipation mérite attention : c'est un peu comme si Watt avait pu rêver du TGV en inventant la machine à vapeur.

Depuis quarante ans, les spéculations de Feynman ont été constamment relayées - et mises en oeuvre - à l'aide de moyens humains et financiers impressionnants par la communauté scientifique et par l'industrie.

L'appel de Feynman a eu pour écho les formulations de Moore , qui en 1965, puis 1971, a énoncé, à l'appui des travaux sur les transistors, puis les microprocesseurs, sa célèbre loi aux termes de laquelle la puissance des composants doublerait, à taille égale, tous les dix-huit mois.

Le secteur des semi-conducteurs a répondu à cette axiomatique ambitieuse en réussissant, par sauts technologiques successifs, à organiser la réduction géométrique des composants.

Cette régularité du processus de miniaturisation a également été une des conditions de son succès. Linéaire lorsqu'on l'évalue sur longue période, il s'est effectué par paliers : chaque fois que l'industrie « sortait » une nouvelle génération de puces, la génération suivante était planifiée avec une constante de temps de trois ans.

En retour, cette lisibilité a permis aux clients des fabricants de composants d'anticiper les applications de chaque nouvelle génération de puces et a donc assuré à l'industrie électronique des marchés à terme, l'autorisant ainsi à mettre en oeuvre des coûts de recherche, de développement technologique et de fabrication de plus en plus élevés.

Des interrogations multiples

Mais à l'heure actuelle, la validité, ou tout au moins la régularité de ce schéma de progression ordonnée entre les avancées technologiques et la diffusion de leurs applications sociales est remise en question.

En effet, en réduisant la taille des sections de transistors (l'on est aujourd'hui à 130 nanomètres et l'on prépare la génération des 90 nanomètres), en s'approchant de « l'infiniment petit », la pente des coûts de recherche, de développement et de production des composants se raidit considérablement.

Dans le même temps que l' offre se renchérit , la demande de produits électroniques traditionnels (ordinateurs, téléphones portables, etc.) semble atteindre un palier qui la fait plafonner sans qu'elle soit clairement et massivement relayée par l'apparition de produits nouveaux que nous promettent les nanotechnologies. Car les produits nouveaux qui arrivent sur le marché ne sont que des substitutions numériques à des produits classiques (VHS en DVD, caméscopes en caméscopes numériques, etc.).

Aggravé par la crise financière et économique du secteur des nouvelles techniques de communication, ce décalage entre l'offre et la demande est, en lui-même, préoccupant.

En effet, les technologies microélectroniques ont été au coeur de la croissance économique ^{3 ( * )} du dernier demi-siècle, et leur croisement prochain avec les nanotechnologies va développer en aval les produits et les usages sociaux des vingt-cinq prochaines années.

*

* *

Les pistes de réflexion étant sommairement esquissées, on s'efforcera :

- de rappeler le caractère central pour l'économie mondiale du secteur des semi-conducteurs avec ses lignes de fragilité,

- de cerner les défis technologiques auxquels il est confronté et les espérances socioéconomiques qu'il porte,

- d'analyser l'ampleur des retards français et européens dans la compétition mondiale,

- et d'avancer des propositions pour la dynamisation d'une filière dont la promotion constitue une chance pour la France et pour l'Europe .

* ¹ Mise au point de la bombe atomique par les alliés.

* ² Ce qui, par exemple, revient à dire que l'on a intégré les fonctionnalités du paquebot France dans sa réplique de collection de poche .

* ³ Qui, rappelons-le, n'a pas été interrompue par la crise intervenue à compter de 1975. A titre d'illustration, le site de l'INSEE nous indique que sur la base d'un indice 100 en volume en 1978, le PIB de 2001 atteint 164,2.