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La micromaison de FEMTO : un origami en verre

Vignette du numéro 277 de Juillet 2018

Article publié dans le numéro 277 de Juillet 2018
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micromaison

Elle a un toit, des ouvertures pour la porte et les fenêtres et même une cheminée. Ce qui distingue cette maison des autres, c’est sa petite taille, puisqu’on ne peut même pas la voir à l’œil nu. Sa surface au sol, de 10 x 20 µm, donne largement de quoi profiter du terrain sur lequel elle est bâtie : l’extrémité d’une fibre optique d’un diamètre de 120 µm, à peine équivalent à celui d’un cheveu…

Ses créateurs sont six ingénieurs de l’Institut FEMTO-ST, qui ont su combiner leurs compétences respectives en micromécanique, robotique, nano-optique, électronique…, pour monter les murs et assembler le toit de cette maison tout en verre, grâce aux moyens technologiques de la plateforme µROBOTEX.

Jean-Yves Rauch, Olivier Lehmann, Patrick Rougeot, Joël Abadie, Joël Agnus et Miguel Angel Suarez ont signé la publication scientifique parue le 15 mai dernier dans le Journal of Vacuum Science Technology A, relayée depuis par les médias du monde entier. Fin mai, le prestigieux éditeur American Institute of Physics comptabilisait déjà quatre mille vues sur ses titres en version électronique ; l’article a été repris dans des revues scientifiques, des magazines spécialisés et des journaux grand public, en chinois, russe, arabe, polonais… La presse régionale n’est pas en reste et la micromaison, partout, a fait le buzz.Un succès incroyable et inattendu pour les ingénieurs, qui peaufinent actuellement leur demeure, envisageant d’installer l’éclairage intérieur, d’ajouter une pile de bûches de bois sous forme de tubes nanocarbone devant l’entrée et un sapin pour agrémenter les alentours, histoire de mettre à l’honneur les racines comtoises de l’Institut FEMTO-ST.

 

Buzz médiatique et prouesse technologique

Si le résultat et le succès médiatique qui en découle semblent presque un jeu, les technologies et les moyens mis en œuvre sont des plus scientifiques et sérieux qui soient. Bâtie selon un modèle CAO qui en a donné le « patron », la maison est née d’une plaque de silice d’1,2 µm d’épaisseur, à la façon d’un origami : c’est par pliage du verre que les murs ont été érigés, puis coiffés d’un toit élaboré selon la même méthode, les deux parties étant assemblées entre elles. Plier du verre, la prouesse est rendue possible à l’intérieur de la chambre de la plateforme µROBOTEX, où règne une atmosphère sous vide. Chauffée par faisceau d’ions focalisés (FIB), la silice prend ici les propriétés d’un matériau bilame. « La chaleur se répand d’une façon non uniforme à l’intérieur de la plaque, et ce sont les différences de répartition de la chaleur qui font se plier le verre, en suivant un trait d’usinage déterminant l’angle voulu », explique Jean-Yves Rauch. À plus forte puissance, le FIB a assuré la découpe de la plaque, et à puissance plus faible, accompagné d’un gaz naphtalène, il a soudé l’ossature de la maison au plein centre, de l’extrémité d’une fibre optique. Le toit est assemblé sur les murs selon un procédé tenon / mortaise, avec un ajustement à 10 nanomètres près. Et parce que les finitions sont d’importance pour une maison réussie, le faîtage et la cheminée sont ajoutés par dépôt, toujours grâce au FIB. Les éléments sont déplacés et positionnés par des robots, eux-mêmes pilotés par ordinateur depuis l’extérieur de la chambre, dont la reconstitution 3D sur écran laisse apparaître chaque mouvement en images.

Car si la précision et la stabilité du dispositif sont évidemment essentielles, le pari ne saurait être remporté sans une vision parfaite de l’ensemble. C’est un microscope à balayage électronique (MEB) qui, à cette échelle, se substitue au sens humain de la vue. Celui de la plateforme µROBOTEX est capable de grossir un objet… un million de fois ! Mis au point par les ingénieurs de l’Institut FEMTO-ST, il multiplie ses facultés de façon exponentielle au fur et à mesure de ses développements, et dépasse de très loin les capacités des microscopes optiques, dont le grossissement est en moyenne de quatre cents. « L’originalité de la plateforme µROBOTEX, ce qui lui donne sa compétence unique, c’est l’intégration du système », souligne Jean-Yves Rauch. Robotique, microscopie et microfabrication peuvent y exécuter leur danse de façon parfaitement synchronisée, pour les plus spectaculaires des réalisations.

 

Contact : 

Jean-Yves Rauch - Institut FEMTO-ST - UFC / ENSMM / UTBM / CNRS

Tél. +33 (0)3 63 08 24 31