La chimie est impliquée dans de nombreux domaines de la microélectronique, tels que la synthèse, le traitement et la pureté des matériaux de base, les préparations de surface et la gravure sélective de couches spécifiques à travers de résines photosensibles.

Après un rappel pédagogique du fonctionnement et de l’évolution des transistors, en suivant l’ordre des procédés de fabrication, sont successivement évoquées les différentes configurations de films minces de diélectriques associés à des métaux et combinés à des niveaux de dopage et des traitements thermiques adaptés puis l’élaboration de la grille. Les procédés de métallurgie des contacts ainsi que les procédés d’interconnexion sont passés en revue.

Les multiples facettes des métiers de la chimie pour la microélectronique, divers et passionnants, dans un environnement unique de haute technologie, sont évoquées.

La croissance démographique et l’émergence de puissances économiques nouvelles entraineront une accélération des demandes en outils de communications numériques.

L’équilibre entre consommation et ressources risque de se rompre, notamment pour les métaux stratégiques et les terres rares qui y sont utilisés. L’éco-conception et le recyclage font partis des solutions. Pour transformer les déchets et les conditionner selon les caractéristiques et besoins exprimés par les fabricants, les industriels de la chimie du recyclage doivent investir dans l’innovation et la recherche.

Les fonctions analogiques déterminent les performances des émetteurs récepteurs de radiofréquences dans les radars, les satellites et aussi dans les téléphones portables et les tablettes. Leur réalisation utilise des semi-conducteurs dont les lingots, puis les couches actives, sont créés par des procédés de chimie fine. Des exemples illustrent ces applications à la base d’une électronique de pointe.

Ces mêmes semi-conducteurs sont aussi au cœur des DVD et des communications optiques. Ils seront demain indispensables à l’efficacité énergétique de nos appareils et à certaines applications photovoltaïques.

À partir d’exemples, les défis transdisciplinaires relevés et à relever sont présentés, notamment les problèmes de recyclage et de toxicité des métaux rares.

Les interfaces cerveau-ordinateur permettent d’envoyer des messages directement à partir de l’activité cérébrale. Des électrodes positionnées sur le crâne captent les signaux électriques qui sont analysés puis associés à un type d’activité cérébrale pour être utilisés et interagir avec une interface cerveau-ordinateur.

Ce défi scientifique fait intervenir les neurosciences, la neurochimie, la chimie, l’électronique, le traitement du signal et l’interface homme-machine. Des prototypes impressionnants utilisant différents types d’activité cérébrale dans différents contextes applicatifs sont présentés : médical, handicap, rééducation avec retour sensoriel, multimédia, contrôle d’engins.

Les éléments chimiques terres rares ne diffèrent que par leur nombre d’électrons sur la couche interne 5f, ce qui leur confère des propriétés chimiques très voisines. Ils sont au nombre de 15 (du lanthane La au lutécium Lu), auxquels on ajoute souvent le scandium Sc et l’yttrium Y.

Ils sont d’abord décrits en tant que matières premières de l’industrie (minerais, gisements et production, réserves estimées). Leurs très nombreuses applications dépendent de la manière dont ils sont utilisés : soit de manière globale c’est-à-dire non séparés et, dans ce cas, ce sont leurs propriétés chimiques qui sont mises en jeu, soit partiellement ou totalement séparés et, dans ce cas, c’est en général pour faire appel à leurs propriétés physiques spécifiques.

Objectif : Comprendre l’importance des éléments chimiques, dits Terres rares, pour leurs très nombreuses applications industrielles liées au monde d’aujourd’hui. Un bref dossier décrit l’historique de la découverte des Terres rares et leur séparation.

Les applications de la chimie dans les sciences « criminelles » sont nombreuses, notamment dans le domaine analytique.

Cette science permet en effet d’obtenir un vaste ensemble de données pouvant servir aux besoins d’une enquête criminelle. La détection de traces de substances chimiques, conduisant à des banques de données facilement interrogeables, fournit aux enquêteurs de nouvelles armes : les preuves moléculaires. En effet, les analyses toxicologiques, génétiques, de drogues, d’explosifs etc., au moyen de techniques d’analyses « dernier cri », contribuent largement à l’avancement d’une enquête.

Les experts de la chimie sont aujourd’hui des acteurs indispensables que l’on retrouve dans les laboratoires de police scientifique (Institut national de police scientifique – INPS, Institut de recherche criminelle de la Gendarmerie Nationale – IRCGN, École des sciences criminelles de l’Université de Lausanne - ESC). Ceux-ci ont pour missions :

• de réaliser les examens, expertises, recherches et analyses ;
• de développer ou améliorer les techniques et méthodes ;
• de former les intervenants aux techniques de la criminalistique.

Objectif : Présenter les nombreuses applications de la chimie dans les sciences criminelles, ainsi que les fonctions et missions des instituts spécialisés dans la « criminalistique », fondées sur leurs compétences en recherche (chimique et analytique) de preuves et d’indices.

L’analyse de peintures de toutes origines peut être faite en laboratoire : éclats de peinture automobile, inscriptions réalisées à l’aide de bombes aérosols, traces d’outils relevées lors de cambriolages…

Les peintures sont des liquides complexes principalement constitués de pigments (colorants), de liants (pour l’étalement en films continus) et de solvants (totalement éliminés au séchage).

Un éclat de peinture retrouvé, par exemple, sur une scène d’accident avec délit de fuite peut permettre l’identification poussée d’un véhicule : marque, modèle, couleur, à l’aide de techniques analytiques (telles que la spectrométrie infrarouge) et d’une base de données sur les peintures automobiles.

Objectif : Identifier un véhicule à partir d’un éclat de peinture retrouvé.

Après un rapide aperçu historique, les prothèses, sportives ou non, sont décrites ainsi que leur fabrication à base de métaux légers comme le titane ou plus lourds comme le chrome et le cobalt, et de polymères classiques ou composites.

Ces nouvelles prothèses ont pu être équipées de capteurs, de moteurs et d’ordinateurs, permettant ainsi la mobilité de la personne. Mieux encore, les moteurs sont commandés par les signaux envoyés par le cerveau aux muscles restants, grâce à la conception de vaisseaux sanguins artificiels à base de polymères naturels. La deuxième partie du dossier expose comment un nouveau cœur artificiel a été conçu, susceptible de révolutionner la prothèse cardiaque. La première transplantation d’un tel coeur a eu lieu en décembre 2013 en France.

Objectif :
Montrer que de nouveaux matériaux synthétiques, issus de la chimie et compatibles avec les tissus vivants, sont utilisés dans la fabrication de prothèses très performantes pour l’amélioration de la vie des personnes handicapées.

L’hydrogène est envisagé comme vecteur d’énergie « tampon » pour compenser l’intermittence des sources d’énergie renouvelable comme l’éolien ou le photovoltaïque. Encore faut-il pouvoir le stocker après sa production par électrolyse de l’eau.

On donne son volume/kWh produit par combustion sous ses différentes formes. Gazeuse sous pression de 300 à 700 bars, liquide ou combiné comme hydrures. Ces derniers sont comparés entre eux par leur capacité réversible massique : TiFe, LaNi₅, MgH₂ sont parmi les plus performants. Quelques prototypes de réservoirs pour des applications stationnaires sont cités.

Plusieurs types d’accumulateurs sont décrits : plomb – acide, nickel – cadmium, nickel – hydrure de TR qui sont plus anciens et traditionnels.

 Un encart explique les principes et le fonctionnement des différents accumulateurs lithium – ion. On explique leurs capacités augmentées et leur nécessaire contrôle électronique de la charge, décharge et température.

L’application aux véhicules électriques nécessite une recherche des meilleurs coûts et du meilleur rapport stockage électrique / poids. Les applications à quelques véhicules électriques ou hybrides sont données.