2) Fabrication digitale et composants micro-électriques

        Le sujet de la fabrication digitale est un sujet très peu médiatisé, alors qu’il se révèle être un enjeu crucial de l’industrie des NTIC. Sans les suites algorythmiques de 0 et de 1 et les machines robotisées qui juxtaposent des découpes lasers, des fraiseuses numériques, et d’autres compétences utltra-techniques, la fabrication physique des NTIC serait impossible. Raison pour laquelle l’évaluation matérielle d’une technologie sur une autre devient de plus en plus ardue : s’il faut des machines digitales pour faire des ordinateurs, des machines commandées par ordinateurs sont nécessaires pour mettre au point des machines de design digitales. La construction de nos composants micro-électroniques participe d’un cercle systémique où chaque élément s’imbrique à une structure aussi large que méconnue. Chacun des composants micro-électriques est administré par une gigantesque intriquation robotique et informatique ; le logiciel d’analyse s’est donc transformé lorsque les forces mécaniques et l’énergie manuelle ont été remplacés par la fabrication digitale.

(a) Les CNC : ogres de l’énergie

    Pour informer de l’essentiel, retenons qu’à partir des années 2000, l’intensité énergétique des machines-outils numériques (Computer Numerical Control : CNC) à littéralement explosé. Si l’efficacité énergétique de ces machines a été légèrement améliorée à la fin du XXème siècle, la tendance s’est inversé dans les années 2000. Pour réaliser une même opération complète de découpe métallique, une fraiseuse numérique des années 2000 demande 25 fois plus d’énergie qu’une machine numérique antérieure, et 75 fois plus qu’une machine outil manuelle [13]. Il est particulièrement remarquable que l’intensité énergétique des nouvelles CNC sera très difficile à désintensifier : les conditions thermiques nécessaires à leur démarrage sont telles qu’elles sont systématiquement laissées allumées, prêtes à l’usage. Cette situation implique que seul 15% de l’énergie consommée par ces machines sert effectivement à l’usinage des pièces, les 85% restants étant le préalable à toute utilisation [14] !

8000 milliards de transistors sont construits chaque seconde

Les machines CNC permettent la réalisation de nombreux composants phares, dont notamment :

  • Des transistors, emblème de la surproduction en micro-électronique, car ces micro-interupteurs sont indispensable aux modulations des tensions. Selon le chercheur Jean-Luc Autran, 8000 milliards de transistors sont construits chaque seconde [15], dans des salles vierges de poussière où les machines sont approvisionnées en ressources modifiées : de l’air micro-filtré, de l’eau absolument pure grâce à des alliages chimiques, et du silicone ;
  • Des puces électroniques à la pelle. Avant 2007, la fabrication d’une puce requièrait 32 litres d’eau, 1,6 litre de pétrole, et 72 grammes de produits chimiques [16]. Ces chiffres paraissent faibles tant qu’on évite les comparaisons à plus grande échelle : il faut aujourd’hui 800 kg de fioul pour produire 1 kg de micro puces, quand il ne faut que 12 kg de fioul pour produire 1 kg d’ordinateur ! [17] ;
  • Des circuits imprimés miniatures. C’est ce qui explique les dimensionnements des ordinateurs portables, où la carte mère centralise les cartes afférentes (carte graphique, son, carte mémoire etc.) et concentre 90% du tantale, 64% du palladium, 57% de l’argent, et 46% de l’or utilisés dans la machine, avant tout autre composant [18] ;

(b) Aux frontières de l’électronique : les effets pervers de la dimension nano

     La miniaturisation électronique est au devant d’une nouvelle frontière. Après avoir dépassé l’échelle de 10-9 mètre pour la mise au point des dernières vagues de composants, on sait qu’au niveau atomique, les composants électroniques n’obéissent plus aux lois de la physique gravitationelle mais de la physique quantique. Pour l’heure, l’industrie développe le recours aux nanomatériaux, dont les mérites sont vantés à plusieurs égards : les particules nanos ont d’immenses capacités de résistance mécanique et thermique ainsi que de conductivité électrique, parfois de 50 ou 100 fois les potentiels des métaux classiques [19].

Actuellement, les procédés à l’étude visent principalement deux avantages : favoriser des gains d’efficience, grâce aux propriétés thermiques et conductrices (notamment pour les micro-puces) ; réduire les émissions de gaz à effet de serre et les pollutions. Mais comme toujours, ces avantages doivent être recadrés dans une perspective élargie, car tous les nanomatériaux ne se valent pas. La production d’un kilogramme de nanofibres de carbone emploie jusqu’à 3,000 MJ, quand les nanotubes en consomment 15 fois plus (50 00 MJ), et la production de semiconducteurs grimpe à 100 000 MJ [20]. Un sacré gaspillage permi par les centrales nucléaires, les usines à charbon, au fioul ou au gaz.

Par ailleurs, le changement d’échelle nano génère des inquiétudes : les propriétés toxicologiques sont transformées par la taille des matériaux. Si les matériaux nanos sont à priori innofensifs durant les phases d’usage – les composants sont alors isolés et confinés – leur fabrication génère des émissions diffuses extrèmement toxiques. On sait ainsi que le nano-argent émet 4 fois plus de protoxyde d’azote lorsqu’il arrive en station d’épuration, une situation qui s’explique par la taille des particules [21]. Si on reconnait déjà que de nombreux produits chimiques sont associés avec des maladies chroniques telles que les cancers, l’asthme, et les problèmes respiratoires, il manque une connaissance pathologique des effets des nano-cocktails de produits, et des conséquences non linéaires induites par des expositions à des dosages plus ou moins forts [22].

Des expériences menées sur des souris à l’université d’Edimboug ont montré que les nanotubes de carbone, qu’ils soient longs ou courts, ont les mêmes effets que les fibres d’amiante, connues pour être des déclencheurs de mesotheliome [23], un cancer funeste qui attaque le péricarde et les poumons. Chaque mise sur le marché d’un nanomatériau devrait donc intervenir après une batterie de test, mais ce problème ne semble pas trop inquièter les industriels, qui n’allouent que 3% de leurs recherches sur les nanos à l’étude des risques [24].

La page suivante : Le défi impossible du recyclage industriel des D.E.E.E

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Notes & Références pour cette page

[13] Voir les analyses de Kris de Deacker :  http://www.lowtechmagazine.com/2014/03/how-sustainable-is-digital-fabrication.html ; Les sources fournies sur son site :  An Environmental Analysis of Machining (PDF), Jeffrey B. Dahmus and Timothy G. Gutowski, Proceedings of 2004 ASME International Mechanical Engineering Congress, 2004 et  A Power Assessment of Machining Tools (PDF), David N Kordonowy, May 2002 ; voir aussi : http://www.nature.com/nature/journal/v444/n7117/full/444267a.html ; http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-05/poen-cnt051908.php

[14] Voir de nouveau :  http://www.lowtechmagazine.com/2014/03/how-sustainable-is-digital-fabrication.html

[15] Voir la présentation pdf et la vidéo de Jean Luc Autran, chercheur au CNRS, pour les 10 ans d’EcoInfo : « Vers une informatique éco-responsable ? » (23 avril 2015) : http://ecoinfo.cnrs.fr/IMG/pdf/presentation_eco_info_jla_2-img800q90.pdf, p.13  ; https://webcast.in2p3.fr/videos-fabrication_eco_responsable

[16] Gras A., Le choix du feu, Aux origines de la crise climatique, 2007, fayard, p.46

[17] Voir les analyses de Kris de Decker : http://www.lowtechmagazine.com/2009/06/embodied-energy-of-digital-technology.html

[18] Informations tirées du tableau : http://ecoinfo.cnrs.fr/article323.html?lang=fr

[19] Information échangée au Forum Nanoresponsabilités, le 25/11/2015 à Paris ; voir le compte-rendu : http://www.nanoresp.fr/wp-content/uploads/2015/12/CR-Forum-Nano%C3%A9nergie_FIN.pdf

[20]  De nouveau : http://www.lowtechmagazine.com/2009/06/embodied-energy-of-digital-technology.html

[21] Information échangée au Forum Nanoresponsabilités, le 25/11/2015 à Paris ; voir le compte-rendu : http://www.nanoresp.fr/wp-content/uploads/2015/12/CR-Forum-Nano%C3%A9nergie_FIN.pdf

[22] Idem.

[23] L’article sur Low tech magazine et des liens sur les recherches scientifiques : http://www.lowtechmagazine.com/2008/05/nanotechnolog-1.html ; http://www.scientificamerican.com/article/carbon-nanotube-danger/

[24] Information échangée au Forum Nanoresponsabilités, le 25/11/2015 à Paris ; voir le compte-rendu : http://www.nanoresp.fr/wp-content/uploads/2015/12/CR-Forum-Nano%C3%A9nergie_FIN.pdf

 

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