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Connaissez-vous la plastronique ?

Frédéric Parisot , ,

Publié le

Nouvelle discipline à mi-chemin entre la plasturgie et l'électronique, la plastronique a pour but d'apporter de l'intelligence aux pièces plastiques.

Connaissez-vous la plastronique ? © D.R.

Apporter de la valeur ajoutée : c'est l'expression à la mode qui revient sitôt qu'un secteur industriel se trouve en difficulté. Pour rester compétitif, un produit doit régulièrement intégrer de nouvelles fonctions. Dans ces conditions, pourquoi ne pas viser d'emblée le stade ultime, en rendant les produits intelligents ? C'est justement ce que propose la plastronique, une nouvelle discipline qui associe plasturgie et électronique.

Son principe : se débarrasser des cartes électroniques pour intégrer leurs fonctions directement à l'intérieur des pièces plastiques. Selon Maël Moguedet, le responsable de l'activité plastronique au Pôle européen de plasturgie (PEP), "c'est le principal défi que devront relever les plasturgistes français ces prochaines années". Le PEP a d'ailleurs déposé un dossier dans le cadre du grand emprunt. La réponse est attendue dans les jours qui viennent. Le projet en question consiste à créer une plate-forme technologique baptisée S2P ("smart plastic products") pour apprendre cette nouvelle discipline aux industriels français.

Plus simple, plus robuste

La plastronique connaît un succès grandissant. Il est temps. Si la France vient de se lancer, dans d'autres pays, elle s'est déjà beaucoup démocratisée... Ce qui séduit les industriels ? Avant tout sa simplicité. Dans un produit plastronique, il n'y a plus de circuit imprimé à visser ni de câbles à souder pour relier la carte électronique au boîtier. Le nombre d'opérations d'assemblage se trouve réduit, ce qui diminue d'autant le risque de rebuts en production.

Et un produit plus simple est aussi un produit plus léger, donc mieux à même de résister aux vibrations. Sans compter que, pour certaines applications, passer d'un circuit imprimé plat à une pièce volumique permet d'en améliorer la fonction. C'est le cas des antennes, par exemple : une antenne 3D sera toujours plus efficace que son équivalent à plat. Ce n'est pas un hasard si la plupart des antennes des tablettes (comme l'iPad) et des smartphones récents utilisent le principe de la plastronique...

Vous êtes concernés

- Plasturgistes fournissant l'industrie électronique
- Concepteurs de systèmes électroniques
- Sous-traitants en traitement de surface
- Chimistes
- Éditeurs de logiciels

 

Créer des pistes conductrices sur une pièce plastique n'est cependant pas une chose aisée. Toutefois, plusieurs méthodes sont d'ores et déjà opérationnelles. Comme la technique du jet d'encre conductrice, qui consiste à imprimer un circuit sur du plastique en utilisant une encre chargée de particules métalliques. On trouve également l'injection bi-matière : la pièce est moulée en deux opérations successives, d'abord avec un matériau conducteur, puis avec un matériau isolant.

Bien sûr, ces deux techniques ne sont pas foncièrement novatrices, mais elles présentent un nouvel intérêt avec l'utilisation de matériaux conducteurs. "Le problème, c'est que dans les deux cas la liste des matériaux compatibles est relativement réduite et que cette liste diminue au fur et à mesure des évolutions de la directive Reach", commente Maël Moguedet (PEP).

En 2008, une nouvelle manière de fabriquer des produits plastroniques a vu le jour : la technologie d'activation laser, aussi appelée LDS, pour "laser direct structuring" (structuration directe par laser). Portée par la société allemande LPKF, cette dernière permet une plus grande liberté dans le choix des matériaux. Elle consiste à ajouter dans les granulés de plastique un additif spécial à base d'oxyde de cuivre.

Cet additif est ensuite "activé" par le passage d'un laser qui fait apparaître des particules de cuivre à la surface de la pièce. Il ne reste plus qu'à la plonger dans un bain catalyseur pour faire grossir cette couche de cuivre jusqu'à obtenir l'épaisseur voulue (quelques microns suffisent en moyenne). La technologie LDS offre davantage de flexibilité que l'injection bi-matière, qui impose de changer de moule à chaque modification de la pièce. En effet, il suffit de changer le parcours du laser pour obtenir différentes fonctions à partir d'une même pièce plastique.

L'Allemagne précurseur

Depuis l'arrivée de la technologie LDS, les produits plastroniques se fabriquent en grande série. En Asie, pour la plupart. En Allemagne aussi, où une filière plastronique complète a été mise en place sous l'impulsion de l'association 3 D-MID. Celle-ci regroupe des fabricants de machines comme LPKF, des fabricants de matériaux (BASF, Ticona) et des utilisateurs, parmi lesquels de grands noms, comme Molex, Harting, BMW, Continental, Siemens ou Bosch. Par rapport à l'Allemagne, le retard de la France en la matière est estimé à cinq ans environ.

Alors, aurions-nous déjà perdu la guerre de la plastronique ? "Pas du tout, répond Mohieddine Boubtane, chargé de l'innovation avancée chez A.Raymond, spécialiste de la fixation industrielle. Même si dans l'Hexagone, les industriels qui fabriquent des pièces MID se comptent sur les doigts d'une main, notre pays reste à la pointe de la recherche dans le domaine." Un exemple : l'an dernier, le groupe français Radiall achevait la mise au point d'une technologie concurrente au LDS.

Grâce aux résultats du projet Midass (Molded interconnect devices applied to smart systems), l'industriel a développé sa propre machine d'"ablation laser" (à l'inverse de l'activation laser, le faisceau laser est utilisé pour rendre certaines zones isolantes). "La méthode est plus efficace que le LDS pour la réalisation d'antennes passives, explique Georges Martin, chef de projet collaboratif pour les études amont chez Radiall, et nous l'utilisons pour fabriquer des équipements de communication pour la Défense."

Nouvelles démarches de conception

Un autre projet, baptisé Plastronics, devrait aussi permettre à la France de maintenir sa place. Lancé en 2011 par A.Raymond, il devrait aboutir en 2013. Il regroupe 14 partenaires, dont des grands groupes (Radiall et Valeo), des PME (Ardeje, Movea, Mapea, Mind, Gamberini et Electronic F6) ainsi que des institutionnels (le PEP, l'Écam de Lyon, l'Institut des nanotechnologies de Lyon, l'école des Mines et le laboratoire de conception et d'intégration des systèmes de l'INP Grenoble).

« Notre défi : faire en sorte qu'un plastique chargé de particules devienne aussi conducteur que du métal. »

Estelle Villegas, chargée du developpement chez Mapea

 

Ce projet, co-labellisé par les pôles de compétitivité Minalogic et Plastipolis, a plusieurs objectifs. Il s'agit d'abord d'optimiser les quatre techniques existantes afin de mettre au point des démonstrateurs. Chez Mapea, par exemple, on travaille sur la conductivité des matériaux. "Notre défi : faire en sorte qu'un plastique chargé de particules devienne aussi conducteur que du métal", explique Estelle Villegas, chargée de développement chez ce spécialiste de la formulation de matières plastiques.

D'autres partenaires travaillent à optimiser le placement des composants, un domaine dans lequel il reste beaucoup à faire. Notamment sur la tenue en température des pièces pendant le soudage, mais aussi sur l'automatisation. En effet, les machines de placement automatique sont prévues pour souder des composants à plat sur des cartes électroniques, et le passage à des pièces en 3 D remet tout en cause.

La plastronique soulève donc un grand nombre de questions et a des répercussions sur tous les éléments de la chaîne de production. Si la technique est déjà une réalité dans les télécoms et dans les transports, c'est surtout parce qu'il s'agit de pièces de grandes séries, pour lesquelles les fabricants peuvent rentabiliser de lourds investissements.

Avant que la plastronique ne devienne accessible à des PME, des défis restent à relever et il faut mettre sur pied de nouvelles démarches de conception. "Il faut penser les produits différemment si l'on veut les fabriquer autrement, lance Mohieddine Boubtane (A.Raymond). Il y a aujourd'hui une différence de vision entre les plasturgistes qui pensent en 3 D et les électroniciens qui pensent en 2 D, voire 2,5 D si l'on considère les cartes électroniques à plusieurs couches. Nous souhaitons donc faire en sorte que les aspects plasturgie, électronique et informatique soient intégrés au sein d'un cycle de développement unique."

C'est là que les projets collaboratifs comme Plastronics prennent tout leur intérêt. S'ils parviennent à mettre au point des procédés de conception et de fabrication plus performants et moins coûteux, les industriels français seront alors en bonne position pour rattraper leur retard et même, pourquoi pas, figurer parmi les leaders mondiaux de la plastronique.

Des technologies existent, des produits sont fabriqués en grande série... Malheureusement pas encore en France.

La poignée plastronique des motos BMW

BMW a été l'un des premiers industriels à faire le pari de la plastronique avec les comodos de ses motos K1300R et K1300S. Sur une moto, le comodo est la pièce située à côté de la poignée qui regroupe le klaxon, les clignotants, le démarreur, etc. Des fonctions qui sont d'ordinaire délicates à intégrer : le soudage des câbles reliant les boutons à la carte électronique, par exemple, génère de nombreux rebuts. En portant les composants sur la pièce plastique, il n'y a plus de câbles à souder et l'ensemble gagne en robustesse. Surtout, avec la technique d'activation laser, le constructeur a gagné en flexibilité. Une seule pièce plastique est fabriquée en grande série, et il suffit de changer le parcours du laser pour personnaliser les fonctions du comodo selon le pays ou les options choisies par le client.

 

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