Les semi-conducteurs dans l'industrie
Les technologies les plus avancées du XXIe siècle reposent sur les semi-conducteurs. Les petits interrupteurs et amplificateurs qui gèrent précisément les courants électriques contrôlant l’alimentation, les capteurs et les systèmes de communication animent tout, des réfrigérateurs aux téléphones portables en passant par les satellites.
Bien que l’industrie des semi‑conducteurs soit caractérisée par des spécialisations verticales telles que la conception, la fabrication et l’intégration des systèmes, elle est profondément horizontale dans ses applications. De la puce dans l’oreille de votre chien aux véhicules autonomes, les semi-conducteurs sont omniprésents. Qu’il s’agisse de la fabrication de pointe, de l’aérospatiale et de la défense, de l’agriculture, de l’automobile, de la technologie médicale, de l’exploitation minière et des ressources naturelles, des océans ou des télécommunications, les semi-conducteurs sont les éléments fondamentaux de la technologie qui alimente l’économie.
Fabrication avancée
Les techniques de fabrication avancées utilisent des technologies et des processus modernes pour améliorer, accélérer et rendre plus intelligentes les productions.
Un exemple est l’utilisation de capteurs IdO pour collecter des données en temps réel afin de surveiller et d’optimiser les processus – rendant les processus intelligents. L’automatisation, l’IA et la robotique sont d’autres techniques de fabrication avancées largement utilisées.
Les semi-conducteurs sont essentiels à la fabrication avancée – tout cela dépend de puces avancées et spécialisées. Chaque capteur et dispositif intelligent repose sur des semi-conducteurs pour :
- Détecter ce qui se passe dans l’environnement (température, pression, etc.)
- Traiter les données
- Stocker les informations
- Communiquer avec d’autres dispositifs sur l’IdO
Les semi‑conducteurs permettent la collecte de données en temps réel — un pilier de la fabrication avancée. La collecte et le traitement des données aident les fabricants à réduire les temps d’arrêt, augmenter la production, diminuer le gaspillage et assurer la sécurité des travailleurs en détectant les premiers signes d’usure, de stress ou de défaillance des équipements.
Aérospatiale
L’aérospatiale telle que nous la connaissons aujourd’hui n’existerait pas sans les semi-conducteurs. Tous les avions modernes, des avions de ligne commerciaux aux chasseurs militaires, en passant par les satellites et les engins spatiaux, dépendent de l’avionique – des systèmes électroniques utilisés pour la communication, la navigation, la surveillance et le contrôle. Les semi-conducteurs sont la base de tous ces systèmes.
Les systèmes de navigation et de communication reposent sur le radar, le LIDAR et la communication par satellite, qui utilisent tous des technologies de semi-conducteurs avancées pour fonctionner de manière fiable dans des conditions difficiles.
Les engins de pointe sont soutenus par l’électronique de puissance, utilisant souvent des semi-conducteurs composés tels que le nitrure de gallium (GaN), pour gérer les charges électriques et les fonctions énergivores. Les systèmes de contrôle tels que les ordinateurs de contrôle de vol, les systèmes d’augmentation de la stabilité et les contrôles de moteur – tous dépendent fortement du matériel basé sur les semi-conducteurs.
Agriculture
Les semi-conducteurs sont essentiels dans toute la chaîne de valeur agroalimentaire, du champ à l’assiette. Ils rendent possible l’agriculture intelligente et les systèmes alimentaires efficaces, tout en aidant à minimiser les impacts environnementaux.
L’agriculture de précision utilise des technologies de capteurs pour collecter et analyser des données sur la santé des sols, les conditions des cultures, le comportement du bétail, les besoins en eau et les facteurs environnementaux tels que l’azote et autres émissions.
Ces capteurs permettent aux agriculteurs d’optimiser l’utilisation de l’eau, d’améliorer la gestion des engrais et de réduire la dépendance aux pesticides. En surveillant de près les données en temps réel, les agriculteurs peuvent optimiser les rendements tout en minimisant leur impact environnemental.
Les technologies des puces révolutionnent également la sécurité et le contrôle de la qualité des aliments. Les capteurs avec des puces intégrées suivent les aliments tout au long de leur parcours jusqu’à la table, détectant les contaminants, minimisant les déchets et optimisant la qualité.
Les capteurs et autres technologies basés sur les semi-conducteurs tout au long de la chaîne de valeur rendent l’industrie agroalimentaire plus efficace, plus durable et plus résiliente tout en nous fournissant des aliments plus sûrs et de haute qualité.
Automobile
Les véhicules électriques (VE) sont une étape importante pour décarboniser les transports, un secteur responsable de nombreuses émissions de gaz à effet de serre. Les véhicules électriques fonctionnent grâce à l’électricité stockée dans des batteries, mais pour utiliser cette énergie, le véhicule doit la convertir et la contrôler. Les semi-conducteurs sont nécessaires pour cette étape cruciale.
Les semi‑conducteurs convertissent l’électricité stockée dans la batterie en puissance utilisable par le ou les moteurs, gèrent la recharge et contrôlent les niveaux de tension entre la batterie et les différentes parties du véhicule.
Sans les semi‑conducteurs, la voiture ne pourrait tout simplement pas se déplacer ni se recharger efficacement.
Tous les véhicules modernes intègrent des capteurs basés sur des semi-conducteurs pour optimiser l’efficacité et améliorer la sécurité, mais les VE ont besoin de semi-conducteurs pour leur fonctionnalité la plus basique.
Technologie propre et énergie
Les semi-conducteurs permettent la révolution de l’énergie propre, nous permettant de progresser vers un avenir plus durable, rentable et économe en énergie.
L’énergie solaire nécessite des dispositifs d’électronique de puissance et des semi‑conducteurs pour gérer la conversion de l’énergie du panneau solaire vers le réseau. Ces composants améliorent l’efficacité, réduisent les pertes d’énergie et stabilisent le flux de puissance pour assurer la sécurité.
Dans les éoliennes, les semi‑conducteurs optimisent l’efficacité, régulent la vitesse et convertissent l’énergie du vent en électricité. Des dispositifs de puissance à semi‑conducteurs haute performance garantissent une perte d’énergie minimale, même dans des conditions difficiles. L’électronique de puissance et les semi‑conducteurs sont nécessaires pour gérer les hautes tensions et les forts courants afin de rendre l’énergie prête à être injectée dans le réseau.
Alors que les réseaux électriques sont de plus en plus sollicités, les réseaux intelligents utilisent des capteurs, compteurs et systèmes de communication alimentés par des semi-conducteurs pour distribuer efficacement l’électricité tout en maintenant la stabilité des réseaux.
La technologie des semi-conducteurs composés est un domaine où les entreprises canadiennes excellent – et est une technologie clé ciblée par FABrIC. Les semi-conducteurs composés (comme le SiC et le GaN) transforment la technologie propre, notamment dans la conversion de puissance et la gestion de l’énergie, rendant l’énergie propre plus fiable et abordable.
Défense
Les technologies des semi‑conducteurs développées pour la défense ont longtemps été à l’origine d’avancées qui façonnent la vie quotidienne — des véhicules plus sûrs et des dispositifs médicaux de pointe à une fabrication plus intelligente et aux communications à haute vitesse. Aujourd’hui, les plateformes de défense modernes s’appuient sur des semi‑conducteurs de pointe, l’IA, la photonique, les technologies quantiques et des matériaux spécialisés. Le renforcement de la souveraineté du Canada dépend de plus en plus de la création de capacités nationales plus sûres et plus résilientes, car le pays importe actuellement la majorité de ses microélectroniques et investit pour accroître sa capacité en matière de défense et de semi‑conducteurs.
Assurer un approvisionnement en semi‑conducteurs de haute qualité et un écosystème national robuste pour la conception et le développement de semi‑conducteurs est essentiel à la souveraineté du Canada et à sa capacité de respecter ses engagements multinationaux en matière de défense, y compris au sein de l’OTAN et du NORAD.
Technologies numériques et télécommunications
Les technologies numériques captent, traitent, partagent et exploitent des données numériques. Parmi les exemples, on trouve l’informatique, la connectivité et l’analyse de données — y compris l’IA. Les semi‑conducteurs constituent la base qui rend tout cela possible.
Sans semi-conducteurs, il n’y a pas de puissance de calcul, pas de connexions sans fil, pas de systèmes intelligents ni de capteurs IdO. Les semi-conducteurs sont essentiels aux piliers de nos vies numériques et de l’économie moderne.
Ressources naturelles futures
Les ressources naturelles de l’avenir sont les matériaux et les sources d’énergie de plus en plus précieux qui joueront un rôle essentiel dans notre vie numérique et notre économie. À mesure que le monde se tourne vers les technologies propres, l’électrification des transports, l’automatisation et d’autres transformations majeures, notre besoin de ces ressources augmentera considérablement. Parmi les exemples, on trouve le lithium, le cobalt, le graphite et le nickel pour les batteries et leurs composants; les éléments de terres rares utilisés dans tout, des groupes motopropulseurs des véhicules électriques aux éoliennes et aux écrans numériques de toutes sortes; ainsi que le gallium et le germanium pour les semi‑conducteurs composés et les panneaux solaires.
Les capteurs IdO sont essentiels dans l’industrie minière. Les véhicules autonomes dépendent de capteurs intelligents et de la connectivité pour l’ensemble de leurs fonctionnalités, tandis que des capteurs surveillent en continu la qualité de l’air et la stabilité du sol afin d’assurer la sécurité des travailleurs.
Technologie médicale
Les solutions de santé modernes reposent sur des dispositifs électroniques pour le diagnostic, l’imagerie et la surveillance, lesquels fonctionnent tous grâce à la technologie des semi‑conducteurs.
Des technologies de qualité hospitalière fonctionnant grâce aux semi‑conducteurs — comme les plateformes de chirurgie robotisée, les moniteurs ECG/EEG, les capteurs de fréquence cardiaque et les dispositifs de mesure de biosignaux — jusqu’aux capteurs d’image utilisés dans toutes les caméras de diagnostic, en passant par les outils chirurgicaux miniaturisés et les gélules‑caméras, les semi‑conducteurs rendent possible une médecine de pointe.
Les dispositifs connectés portables fournissent aux prestataires de soins de santé des données en temps réel et permettent aux patients de prendre en main leur santé.
Chaque dispositif de technologie médicale, du plus avancé au plus accessible, a besoin de semi‑conducteurs pour détecter, traiter, stocker et communiquer les données de santé de manière sûre et fiable.
Océans
Les navires modernes reposent sur des systèmes électroniques complexes alimentés par des semi-conducteurs. Largement imperméables aux environnements marins difficiles, les dispositifs de navigation et de communication, les unités de contrôle des moteurs, la technologie des sonars et les mécanismes de surveillance tirent tous parti de la capacité de la technologie des semi-conducteurs à traiter l’information de manière efficace et précise.
Les transports maritimes intelligents et les ports connectés, l’aquaculture durable, la recherche océanographique, la surveillance et la sécurité côtières, les infrastructures et l’utilisation de l’énergie en milieu océanique, ainsi que la faune marine, dépendent tous des capacités de traitement offertes par les semi‑conducteurs.