I.1. L’émergence de la technologie des Systèmes Micro Electromécaniques 48
I.1.3 Convergence de plusieurs technologies
Depuis la conception et la fabrication du premier MEMS, cette technologie a
débouché dans des applications concrètes, qui répondent à des problèmes
techniques précis de l’ingénierie. Lors de la conception des MEMS, plusieurs
disciplines interviennent pour résoudre des problèmes technologiques, il s’agit donc
d’une technologie multidisciplinaire. Déjà dans le terme même de MEMS, deux
domaines qui convergent sont évoqués : ceux de l’électrique et de la mécanique.
Comme dans les cas de l’émergence d’autres technologies, l’émergence des MEMS
peut aussi être interprétée comme le résultat d’une constellation d’innovations issues
d’autres technologies (Perez, 2004), telles que la microfluidique, la
microélectronique, la micromécanique, entre autres.
55
L’avancement du domaine de la microélectronique, dans les années 70, a
ouvert des possibilités significatives pour le développement des MEMS. Par
exemple, avec la microélectronique, le besoin de concevoir des éléments
miniaturisés a également émergé (Flores-Herrera, 2007). Les apports de la
microélectronique pour le développement des MEMS ont été tellement importants
qu’aujourd’hui ces dispositifs sont principalement fabriqués à base de silicium. Mais
récemment des recherches ont été orientées sur l’utilisation d’autres matériaux pour
la fabrication des MEMS, par exemple les polymères qui sont moins chers que le
silicium et qui sont biocompatibles. D’autre part, la progression de la
nanotechnologie a également impulsé le développement des MEMS et cela parce
que les avancements scientifiques et technologiques dans les études des
phénomènes électriques, magnétiques, physiques, chimiques, etc., dans de
nouveaux matériaux et dans la manipulation de la matière à l’échelle micro et
nanométrique ont permis la miniaturisation des dispositifs de mesure et de contrôle,
entre autres applications.
L’analyse des catégories des sujets des revues scientifiques de la Science
Citation Index constitue un outil pour caractériser l’interdisciplinarité des sciences et
technologies (Porter et Youtie, 2009 ; Morillo et al., 2003). A partir des données
obtenues lors de la caractérisation de l’évolution de la recherche en MEMS (cf.
annexes), une analyse des catégories des sujets des revues scientifiques a été
effectuée. Le graphique 1.3 montre les premiers 15 domaines qui convergent, ainsi
que leurs relations
11. Dans ce graphique, nous pouvons voir que l’ingénierie
électrique et électronique est le domaine le plus représentatif (39,36% du total)
voisinant avec celui des Instruments et de l’instrumentation, qui est le deuxième
domaine le plus représentatif (21,13% du total). Cela nous confirme l’importance de
la microélectronique dans le développement des MEMS. Une partie très importante
11
Ce graphique a été effectué à l’aide du logiciel d’analyse de réseaux sociaux NetDraw, les
données utilisées ont été obtenues de la SCI (cf. annexes). Seulement ont été pris en compte les
quinze premiers domaines afin d’obtenir une graphique lisible. La taille des nœuds est déterminée en
fonction du nombre de revues classées dans chaque discipline (un article, qui correspond à une
revue, peut être classé dans plusieurs domaines). L’épaisseur des lignes représente la fréquence des
interactions entre les domaines.
56
de ces dispositifs est conçue pour mesurer des paramètres physiques et chimiques
pour ensuite être intégrée sur des instruments et instrumentations dans plusieurs
domaines : médecine, recherche, télécommunications, procédés industriels, etc.
Ce graphique qui constitue une image de la multidisciplinarité de la recherche
autour des MEMS peut être divisé en trois parties. D’abord, dans la zone centrale du
graphique, cinq domaines du champ de la physique, ou très liés à ce champ,
constituent une des trois parties. Il s’agit de la physique de la matière condensée, de
la physique appliquée, de la science des matériaux, de l’optique, des nanosciences
et de la nanotechnologie. De ces domaines, quatre maintiennent des relations
importantes avec l’ingénierie électrique et électronique, mais les cinq domaines
maintiennent peu de relations entre eux. Dans la partie haute du graphique, les
domaines de la mécanique, les ingénieries mécanique, multidisciplinaire, électrique
et électronique, ainsi que celle des instruments et instrumentations constituent un
ensemble des champs de la recherche appliquée. Nous pouvons voir dans le
graphique 1.3 que les relations entre ces domaines ne sont pas négligeables, sauf
l’ingénierie multidisciplinaire.
La troisième partie se situe en bas du graphique, dans laquelle se trouvent
plusieurs domaines qui sont représentatifs de la chimie, où la chimie analytique est la
plus représentative. La présence de ces domaines suggère qu’il s’agit de recherches
pour le développement des outils miniaturisés pour des systèmes d’analyse totale,
connus comme micro-TAS ou µTAS (acronyme de Micro Total Analysis System),
domaine très récent et étroitement lié au développement des laboratoires sur des
puces.
57
Graphique 1.3. Analyse des relations des 15 domaines les plus représentés dans le
développement des MEMS jusqu’à 2009.
Le cas particulier de la recherche autour du développement des LOC, lequel a
déjà été évoqué, constitue un bon exemple pour illustrer la convergence de plusieurs
disciplines dans le développement des MEMS. Cette interdisciplinarité peut être
mesurée à partir de la co-signature des articles, mais pas tous les projets pour
développer des LOC ne produisent pas des articles co-signés par des chercheurs
provenant de disciplines différentes. Rafols (2007) met en évidence cela dans une
étude sur les pratiques interdisciplinaires dans la recherche autour des LOC. Dans
cette étude, il montre que la fabrication de ces dispositifs a nécessité l’intervention de
connaissances et de savoirs faire de plusieurs disciplines et ceci dans le cadre de
divers types de collaborations qui n’ont pas forcement débouché sur des articles
co-signés. Le développement des LOC, par exemple dans les cas d’étude analysés par
Rafols, a involucré des connaissances de techniques de la microélectronique, de la
58
fabrication de micropuces, de la chimie analytique, de la microscopie, de la biologie
cellulaire et de la biochimie.
D’ailleurs, d’autres disciplines convergent également dans le développement
des LOC. Les avancements scientifiques dans la microfluidique ont beaucoup
contribué à répondre aux défis bioanalytiques, défis qui peuvent être résolus avec la
miniaturisation des outils pour l’analyse : le laboratoire sur une puce (Liu et al., 2010,
Lapizco-Encinas, 2008). Dans la revue scientifique spécialisée dans ce domaine,
Lab on a Chip, des travaux de recherche sur les sciences des matériaux, des
surfaces, des membranes, de l’énergie, de la microscopie, des cellules, ainsi que
l’ingénierie tissulaire, de dispositifs cliniques, de la fabrication de bio-MEMS, de la
physique et de l’électronique, entre autres, ont contribué à l’avancement du
développement des laboratoires sur des puces (Minhas, 2010).
I.2. Les fonctions de la FUMEC lors de l’émergence de la
