Mais d’abord, de quoi parle-t-on?

Les MEMS (microelectromechanical systems) sont de minuscules dispositifs ou systèmes intégrés qui combinent des composantes mécaniques et électriques. Ils sont fabriqués à l’aide de techniques de production par lots de circuits intégrés, basés sur l’utilisation de semi-conducteurs. Leur taille peut varier de quelques millimètres à quelques micromètres !

Par exemple :

• Des micros-injecteurs d’encre,
• Des micros-accéléromètres, et gyromètres, que vous trouverez par exemple dans l’automobile, les smartphones et même les systèmes de détections de mouvement des jeux vidéo !
• Des capteurs de pressions, température, humidité, lumière, vibrations
• Émetteurs ou récepteurs acoustiques
• Etc.

Enjeux environnementaux des microsystèmes

Alors, pourquoi doit-on évaluer mieux l’impact environnemental de ces fameux microsystèmes ? Et bien parce que produire ces microsystèmes n’a pas des micro-impacts ! Leur fabrication nécessite plusieurs intrants ayant des impacts environnementaux importants.

Tout d’abord, des acides, des bases et des liquides de gravure sont utilisés. Dans ces procédés de l’eau ultra-pure est également nécessaire, mais aussi de l’azote liquide et des substances fluorées, azotées et phosphorées, ainsi que de puissants GES [PFC-14, PFC-116, NF3, SF6]. S’ajoute également l’énergie consommée par les différentes machines-outils qui les produisent. Sans oublier que la grande majorité des étapes de fabrication des MEMS se déroule dans des salles blanches nécessitant une importante ventilation, ce qui implique plusieurs changements d’air à l’heure, donc une consommation énergétique accrue en chauffage, refroidissement et conditionnement de l’air.

Applications de l’ACV sur ces technologies : défis et opportunités d’écoconception

Mais pour mieux comprendre où sont les impacts, il faut prendre un pas de recul et regarder le cycle de vie complet de ces microsystèmes. En effet, chaque étape, de l’extraction des matières premières à la fin de vie, en passant par la production, l’utilisation et tous les transports nécessaires, génère plusieurs extrants polluants. Ceux-ci entraînent des répercussions sur les changements climatiques, la qualité des écosystèmes, la santé humaine et la rareté des ressources, entre autres. Dans le cas de la majorité des produits de l’industrie microélectronique, on constate que c’est la phase de production (extraction des matières premières et fabrication) qui engendre le plus d’impacts environnementaux.

Pour identifier ce qui contribue le plus aux impacts, il est possible d’effectuer une analyse de cycle de vie (Mais au fait, qu’est-ce qu’une ACV?). Cette analyse va permettre de comprendre :

• Où sont les impacts ?
• Qu’est-ce qui contribue le plus à ces impacts ?
• Et donc… comment s’améliorer ?

Ainsi, il sera possible d’améliorer la façon dont sont produits ces éléments, la consommation d’énergie, l’impact GES, et donc d’encourager l’écoconception de ces technologies.

L’enjeu pour la recherche est de modéliser les différents procédés utilisés pour la fabrication de ces microsystèmes. En effet, si l’ACV est une méthode d’évaluation scientifique robuste, elle repose sur des bases de données qui doivent être développées et constamment mises à jour pour refléter au mieux la réalité. Dans plusieurs domaines comme la construction, le transport, l’énergie et l’agroalimentaire, l’information est abondante dans les bases de données, mais le secteur des TICs n’est pas encore très détaillé à ce jour. La production de ces microsystèmes implique des procédés très précis et en constante évolution, et cette industrie comporte de nombreux enjeux stratégiques en termes d’innovation, les informations sont donc plus difficilement accessibles !

Le LIRIDE travaille présentement sur un projet de recherche qui vise à évaluer les impacts du cycle de vie de cette industrie, d’identifier les données manquantes et d’améliorer l’évaluation des impacts. Pour assurer la réalisation du projet, il sera nécessaire de modéliser plusieurs procédés de fabrication qui ne figurent pas dans les bases de données. Les résultats du projet permettront de concentrer et prioriser ses efforts vers les stratégies d’écoconception les plus prometteuses, en termes de potentiel de réduction des impacts environnementaux, parmi les suivantes :

• Réduction de matières premières par unité produite
• Réduction de la consommation d’énergie par unité produite
• Remplacement ou diminution de matières polluantes ou toxiques dans les procédés
• Valorisation et recyclage des déchets et de l’eau durant le cycle de production

Ce projet permettra assurément de développer les connaissances dans le domaine de l’ACV de l’industrie microélectronique, et de contribuer positivement à ce domaine hautement stratégique.