Prévention plutôt que limitation des dégâts

Salle blanche dans l'industrie des semi-conducteurs.

Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Associé-Gérant de Merkle CAE Solutions GmbH.

Les salles blanches sont des projets de construction coûteux. Le volume d'investissement se situe entre 1 000 et 5 000 euros par mètre carré, dans la fabrication de semi-conducteurs, il peut atteindre jusqu'à 20 000 euros par mètre carré, voire plus. Une salle blanche de 1 000 mètres carrés peut ainsi rapidement atteindre des coûts de plusieurs millions d'euros. Pourtant, de nombreux maîtres d'ouvrage renoncent à une mesure qui ne représente qu'une petite fraction de l'investissement total, mais qui peut réduire considérablement les risques : l'analyse aérodynamique et particulaire par simulation CFD (Computational Fluid Dynamics).

Les échanges avec des fabricants et des équipementiers montrent une image étonnamment uniforme : les simulations sont rarement utilisées lors des premières phases du projet — souvent seulement lorsque, pendant l'exploitation, des phénomènes de flux inattendus, des retours de particules ou des zones mortes apparaissent. Dans de tels cas, il faut identifier les causes a posteriori et parfois les corriger à un coût élevé. Merkle CAE Solutions, spécialisée dans les calculs de simulations numériques, n'est souvent consultée qu'une fois que des problèmes sont survenus. Pourtant, beaucoup de ces défis pourraient être évités en amont grâce à des analyses numériques.

Une simulation CFD représente en moyenne environ un à deux pour cent du coût de construction d'une salle blanche. Sur un projet d'un million d'euros, cela correspond à environ 5 000 à 20 000 euros — un montant faible par rapport aux coûts potentiels ultérieurs. La simulation permet une évaluation prospective de la circulation de l'air, la visualisation des mouvements de particules ainsi que l'analyse des champs de température. Les zones mortes, les turbulences indésirables ou les concentrations critiques de particules peuvent ainsi être détectées avant le début des travaux. Pour les exploitants d'installations sensibles, comme dans l'optique, la médecine ou la pharmacie, cela offre une sécurité de planification essentielle.

Les processus de flux dans les salles blanches réagissent de manière sensible aux moindres modifications de la géométrie, de l'équipement et des paramètres de fonctionnement. Les expériences seules ne suffisent souvent pas pour prévoir de manière fiable les interactions complexes. La simulation sert ici de base objective pour concevoir les sorties d'air, les positions des filtres ou l'agencement des machines de façon à respecter durablement les classes de pureté spécifiées. Des erreurs de planification peuvent causer des dommages économiques importants — par exemple lorsqu'un client refuse la mise en service parce que des dépôts de particules compromettent la qualité du produit.

« Grâce aux simulations multiphysiques, nous pouvons désormais simuler les salles blanches, y compris l'environnement de production et de travail prévu, » explique Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, associé gérant de Merkle CAE Solutions GmbH. « Nous savons ainsi non seulement si la salle blanche fonctionne en soi, mais aussi si la production prévue peut se dérouler sans perturbation, sans germes ni particules. »

Merkle CAE Solutions considère donc l'analyse CFD non pas comme un élément supplémentaire, mais comme une composante intégrale d'une planification prospective des salles blanches. Elle contribue à minimiser les risques, à éviter des travaux de reprise et à garantir la fonctionnalité d'environnements de production hautement sensibles. Pour les maîtres d'ouvrage, cela signifie qu'une charge de planification relativement faible peut les protéger contre des corrections coûteuses et chronophages en cours d'exploitation.