Assemblage de microsystèmes : vers une automatisation douce

Dans la production de systèmes de petite taille, les effets physiques présents ne sont pas les mêmes que dans le macroscopique. Tous les outils, robots et machines qui peuvent permettre un traitement automatique sont
à repenser avec ces nouvelles contraintes. Un travail que développe depuis longtemps le département AS2M de FEMTO-ST, et qui est maintenant en voie de transfert à l’Institut Pierre Vernier. Une synergie de moyens qui peut amener la Franche-Comté en bonne place des régions européennes sur ce champ.

Les microsystèmes assemblés s’introduisent partout, des appareils biomédicaux à l’aérospatiale, des télécommunications
à l’armement, amenant des améliorations techniques ou des fonctionnalités supplémentaires.
Cette progression rapide ne risque donc pas de s’arrêter. Or, actuellement, la production, et notamment
l’assemblage de ces microsystèmes, se fait bien souvent à la main. Si les hommes sont pour le moment plus
rapides et plus précis que n’importe quelle machine, cette précision atteint des limites avec la miniaturisation
constante des microsystèmes. De plus, le temps de formation est important. Ainsi, dans certains cas, l’automatisation
des tâches peut s’avérer opportune.
Les laboratoires de recherche – notamment au Japon au début des années 90, puis aux États-Unis et en Europe –
se sont attelés à cette question et commencent à apporter des solutions viables. Le saut technologique est important
et peut paraître dur à supporter pour une PME. Pourtant, le jeu n’en vaut-il pas la chandelle ? Surtout
si l’on s’attarde sur certains signes qui témoignent clairement d’un engagement durable dans cette direction :
des entreprises proposent des solutions de production (ADEPT JAPAN s’oriente vers le microassemblage, ainsi
que des start-up suisses – FEMTOTOOLS, ASYRIL… – et des groupes industriels) et des entreprises utilisatrices
(NOKIA, FESTO, BOSCH, SWATCH…) étudient de près ces potentialités.

Des laboratoires aux entreprises, un fort potentiel
franc-comtois

La Franche-Comté, qui recense à la fois le département Automatique et systèmes micromécatroniques (AS2M)
de l’Institut FEMTO-ST, l’Institut Pierre Vernier – Franche-Comté transfert technologie qui s’empare des
avancées en laboratoire, et de nombreuses entreprises concernées par l’assemblage de microsystèmes, est
bien positionnée pour impulser cette transition au sein des systèmes de production.
Depuis 1995, l’ancien laboratoire d’Automatique de Besançon (LAB) – devenu le département AS2M – développe
des systèmes microrobotiques, c’est-à-dire des systèmes actionnés dédiés à la réalisation de tâches de
micromanipulation ou de microassemblage (déplacement, positionnement, solidarisation de composants…).
Ces stations microrobotiques, associées à tout le système de commande et de pilotage, ont fait leurs preuves
dans le laboratoire comme solution technologique et ont pu servir de démonstrateurs dans plusieurs projets
européens. Elles sont en voie de transfert à l’Institut Pierre Vernier. Dans le microassemblage de précision
(sous le millimètre), elles peuvent répondre à des besoins mieux qu’aucun opérateur humain.
Un autre de leurs avantages réside dans leur complémentarité : il est possible de les associer pour réaliser
une tâche plus complexe. Qu’elles soient téléopérées ou entièrement automatisées, toutes les combinaisons
deviennent envisageables.
Les configurations industrielles susceptibles d’être améliorées par l’automatisation et la microrobotique
sont multiples. Il peut s’agir d’une petite série à produire en phase de test avant de lancer une production
plus importante, ou bien pour répondre à des besoins de petites et moyennes séries. En effet, les stations
microrobotiques, qui sont interchangeables facilement, peuvent être considérées comme les briques d’un jeu
de construction. Monter et démonter de petites unités de production dédiées à des petites et moyennes séries
est rendu accessible par ce système.

Vers des usines d’assemblage constituées
de stations microrobotiques : les micro-usines

Ce jeu peut se penser à grande échelle, et il est maintenant possible de concevoir toute une chaîne d’assemblage
constituée de stations, soit complètement automatisée, soit partiellement, avec l’intervention ponctuelle d’un
opérateur via une interface.
L’Institut Pierre Vernier, qui s’approprie les savoir-faire et outils développés au laboratoire, prépare un
démonstrateur pour la fin de l’année 2008. L’étude de marché réalisée auprès des entreprises de la région
démontre un potentiel important qui pourrait être amplifié et valorisé dans le cadre de projets européens – une
plate-forme européenne, Micromanufacturing, a été créée dans le cadre du 7e programme-cadre –, et ainsi lui
apporter une dimension supplémentaire en terme de moyens, mais aussi de rayonnement.
La microfabrication est à un stade crucial de son développement, à l’instar de la production automobile
dans les années 80, qui a réussi son maintien grâce à une automatisation des chaînes. Cette mutation des
systèmes de production peut se faire en douceur, mais doit être engagée sans tarder pour améliorer la
performance des entreprises et maintenir une main d’oeuvre manufacturière en Franche-Comté et beaucoup
plus globalement en Europe.