90 millions pour un millionième de millimètre

90 millions pour un milliardième de millimètre

Le centre de recherche en nanotechnologie d'IBM à Rüschlikon sera prêt à être livré début décembre ? trois mois plus tôt que prévu. Un aperçu du projet de 90 millions de francs suisses.

Il fait calme ici. Enormément calme. Si nous laissions tomber une aiguille, nous n'entendrions probablement pas seulement son choc sur le sol. Mais aussi le sifflement de l'air lorsqu'elle tombe. Nous nous trouvons au cœur du nouveau centre de recherche en nanotechnologie (voir encadré) d'IBM à Rüschlikon. C'est l'un des Noisefree-Labs — un laboratoire sans bruit. Six de ces laboratoires seront remis aux chercheurs lors de la livraison du centre le 10 décembre. Pour y mener des recherches fondamentales avec des mesures et des expériences extrêmement sensibles.

Comme Noël

Pour les chercheurs, ce ne sera pas un cadeau de Noël anticipé, mais plutôt comme s'ils ne fêtaient Noël qu'une seule fois dans leur vie : « Nous avons attendu très longtemps pour de tels laboratoires », dit le chercheur d'IBM Emanuel Lörtscher. « Ils seront uniques au monde. » Les chercheurs d'IBM espèrent dépasser la norme établie par le prestigieux National Institute of Standards and Technology (NIST) aux États-Unis. L'institut coordonne, par exemple, le temps universel avec sa horloge atomique.

Ce n'est pas seulement le silence qui rend ces petits espaces, d'environ cinq par six mètres, si uniques. Ils sont également presque insonorisés et ne laissent pas entrer de rayonnement électromagnétique, par exemple provenant de lignes électriques externes — il n'est pas possible de téléphoner avec un portable à l'intérieur. La température est maintenue stable : elle ne doit pas varier de plus de 0,1 degré par heure. Les chercheurs — qui sont en fin de compte la plus grande source de perturbation dans le laboratoire — contrôlent les expériences depuis une pièce adjacente. De là, ils peuvent même couper complètement la ventilation dans la salle d'expérimentation et ne travailler qu'avec un refroidissement au plafond, car la ventilation génère du bruit aérien. Ce qui est à peine audible pour l'oreille humaine pourrait perturber les travaux de recherche très sensibles dans le domaine des atomes ou même des spins électroniques, et fausser les résultats.

40 tonnes en suspension

Ces laboratoires se trouvent au sous-sol du nouveau bâtiment : l'expérience montre que c'est là que les vibrations sont les plus faibles. À Rüschlikon, ils sont directement sur le sol. Les outils coûteux, comme un traceur à faisceau d’électrons ou un microscope électronique à transmission, sont également montés sur un bloc de béton pesant plus de 40 tonnes. Et celui-ci ne repose pas directement sur le sol, mais flotte sur des coussins d'air à régulation active.

Depuis un peu plus d’un an, les travailleurs construisent à Rüschlikon : la première pierre a été posée le 2 juin 2009. IBM construit le bâtiment, qui coûtera 60 millions de francs suisses. 30 millions de francs supplémentaires seront investis par IBM et l’ETH Zurich dans l’équipement. Il était clair dès le départ qu’une coopération avec l’ETH aurait lieu. Elle occupera un étage entier avec des bureaux et des laboratoires, et mènera des recherches dans une salle blanche de 900 mètres carrés en collaboration avec IBM.

Initialement, la livraison du bâtiment était prévue pour mars 2011. Elle aura lieu bien plus tôt, désormais : le 10 décembre, comme le dit le chef de projet d'IBM Roger Schneider : « Ces dernières semaines, jusqu'à 140 artisans ont travaillé sur le chantier, ce qui a nécessité beaucoup de planification et de logistique. »

Et aussi beaucoup de flexibilité. La flexibilité est un concept central dans tout le projet. « Dans un environnement de recherche scientifique, il y a toujours des modifications, les besoins changent constamment », explique Schneider. C’est pourquoi il a fallu dès la conception veiller à ce que toutes les pièces puissent être utilisées et réaménagées de manière flexible. Car le centre doit continuer à être un lieu de recherche pendant au moins 25 à 30 ans. Ainsi, de petits laboratoires peuvent également être aménagés dans les deux étages de bureaux.

Exigences plus élevées

Les espaces dans un étage sont encore libres : IBM recherche, en plus de l’ETH et de l’Empa (l’Institut fédéral de matériaux, de science des matériaux et de technologie), d’autres partenaires. Selon le porte-parole d’IBM, Christopher P. Sciacca, l'entreprise pense à des universités et à d’autres entreprises privées.

La flexibilité, mais aussi les exigences maximales, imposent au maître d’ouvrage tout le projet, explique Mike Critchley de Beta Projekt Management AG à Zurich. « Les exigences que le centre de recherche nous impose sont plus élevées que pour la construction d’un hôpital », dit-il. Il illustre cela par un exemple : « Avant le début des travaux, nous avons dû démolir un bâtiment. Cela devait se faire sans vibrations. » Car : dans les laboratoires, les chercheurs travaillent sans interruption. « Le risque de détruire une expérience à long terme aurait été trop grand », explique Mike Critchley. C’est pourquoi les piliers pour le nouveau centre de recherche n’ont pas été enfoncés, mais forés. De plus, l’approvisionnement du laboratoire de 900 mètres carrés au rez-de-chaussée est très complexe : des conduites ont été tirées pour alimenter les appareils en électricité, gaz de procédé, eau de refroidissement, air comprimé et eau ultrapure.

Fonctionnement complet après trois ans

Dans la salle blanche, des structures micro- et nanométriques seront produites dans différents matériaux solides. Pour fabriquer ces structures minuscules sans erreur, l’air doit être filtré de manière extrêmement efficace, afin d’éviter que des particules perturbatrices n’atteignent les composants. La température et l’humidité de l’air doivent également être contrôlées et régulées avec précision.

Il faudra encore trois ans après la livraison pour que la salle blanche soit pleinement opérationnelle et que tous les processus soient harmonisés, indique Roland Germann, responsable des opérations du Nanocenter. « Au cours de la première année, nous dépenserons environ la moitié des 30 millions de francs pour l’équipement. Et dans les années suivantes, 7,5 millions de francs chaque année. »

Chaleur dans la terre

Le bâtiment sera construit selon la norme Minergie et disposera d’échangeurs d’énergie. Quatre kilomètres de sondes géothermiques ont été installés sous le parking souterrain. Ce qui est spécial : en été, IBM transférera la chaleur générée par les installations techniques, comme les deux énormes systèmes de ventilation pour les Noisefree-Labs et la salle blanche, dans le sol. Cette énergie stockée sera ensuite extraite lors des saisons plus froides. « Nous pouvons ainsi utiliser environ 70 % de la chaleur résiduelle », explique le chef de projet d'IBM Roger Schneider.

Image : Voici à quoi ressemblera le bâtiment une fois terminé : laboratoire de recherche en nanotechnologie d'IBM (IBM)
Auteur : Thomas Zemp

La nanotechnologie est attendue pour apporter des innovations dans divers domaines. Aujourd'hui déjà, on connaît par exemple des peintures automobiles résistantes aux rayures ou des textiles anti-taches. Les experts voient un potentiel encore plus grand dans des secteurs tels que la nanoélectronique, la détection, la médecine, ainsi que dans la technologie de l’énergie et de l’environnement.

Les chercheurs désignent par nanotechnologie la technique qui se cache derrière les matériaux et systèmes dont la structure mesure entre 1 et 100 nanomètres. C’est environ 400 fois plus fin qu’un cheveu humain. Un nanomètre correspond à un millionième de millimètre.

Les axes de recherche d'IBM et de l’ETH Zurich dans le nouveau centre vont de projets fondamentaux à la recherche appliquée. Les domaines communs incluent les matériaux à base de carbone, les nanofils, la nano-photonique et la spintronique.