La spintronique, une filière d'avenir dans laquelle la France excelle

La France est connue pour son excellence dans les mathématiques, la carte à puce ou encore l’intelligence artificielle. Elle cache un autre talent, insoupçonnable, en spintronique. Dans cette filière d’avenir, enjeu d’une bataille mondiale, elle se situe à l’avant-garde des développements, avec pas moins de 20 laboratoires à la pointe des recherches et cinq start-up prometteuses. Une position privilégiée qui laisse présager une grande opportunité économique. À condition que l’État prenne la mesure des enjeux.

"L'électronique à basse consommation de demain"

La spintronique s’annonce comme une révolution. "C’est l’électronique à basse consommation de demain. Elle va réinventer les composants des objets connectés et des produits alimentés par batterie : mémoire, capteurs, microcontrôleurs, circuits radiofréquences ou encore systèmes de récupération de l’énergie ambiante. Son potentiel d’application s’étend jusqu’aux biotechnologies, où elle va faire émerger de nouveaux dispositifs de diagnostic et de traitement des cancers", souligne Bernard Dieny, chercheur senior et co-fondateur de Spintec, l’un des deux porte-étendards de l’excellence de la recherche française dans ce domaine, aux côtés de l’unité mixte de physique CNRS-Thales.

Avec 330 chercheurs et 162 familles de brevets, hors ­start-up, la France possède de sérieux atouts pour tirer profit de ce développement. Spintec se présente comme le plus grand laboratoire dans ce domaine en Europe et l’un des trois plus importants au monde, aux côtés de l’université japonaise de Tohoku à Sendai et de l'université de Californie à Los Angeles.

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Le graal de la mémoire

Spintec possède des brevets clés sur une technologie innovante de mémoire magnétique, la Mram, le produit le plus emblématique de la spintronique. Qualifiée de graal de la mémoire, elle a le potentiel de remplacer les trois types actuels de mémoires : Dram, flash embarquée et Sram. Avec des gains de densité, d’endurance, de coût, de résistance aux rayonnements ionisants et de capacité de fonctionnement sur de grandes plages de température, le tout à plus basse consommation. "Nous en sommes à la deuxième génération, la STT-Mram, rappelle Bernard Dieny. Elle est produite en volume depuis 2018 par Everspin Technologies et par de grands fondeurs de semi-conducteurs comme TSMC, GlobalFoundries, Samsung, UMC et Intel, sur des principes reposant sur certains de nos brevets clés."

Cette excellence française s’inscrit dans un important héritage dans le magnétisme. Elle est consacrée par deux prix Nobel de physique : Louis Néel, en 1970, pour sa découverte de l’antiferromagnétisme et du ferrimagnétisme, et Albert Fert (conjointement avec l’allemand Peter Grünberg), en 2007, pour sa découverte de la magnétorésistance géante, rapidement mise en œuvre dans les têtes de lecture des disques durs, puis dans les capteurs magnétiques.

Des experts... et un manque d’investissements

Alors que la compétition mondiale s’intensifie, la France se distingue par l’efficacité de sa recherche. "En dix ans, le budget de fonctionnement de Spintec s’est élevé à 35 millions d’euros, confie Bernard Dieny. C’est peu en comparaison de l’effort de près de 1 milliard d’euros consenti notamment au Japon. Mais nous sommes reconnus au niveau mondial pour la qualité de nos communications et de nos brevets. Nous sommes particulièrement bons en recherche amont dans l’échelle de maturité technologique de 1 à 4. Ce qui nous manque, c’est de monter jusqu’à la pré-industrialisation au niveau 7, comme le font les Japonais." Une lacune que Spintec espère combler avec la mise en place, à l’instar de l’université de Tohoku, d’une ligne pilote de fabrication de circuits spintroniques sur plaquettes en silicium de 300 mm. La balle est dans le camp des pouvoirs publics pour financer cet investissement de 20 millions d’euros. La France joue sa place dans la course mondiale.

À travers ses start-up en spintronique, l’Hexagone se targue de couvrir toute la chaîne de valeur de l’industrialisation : les capteurs magnétiques, avec Crocus Technology et Crivasense Technologies, la mémoire Mram, avec Antaïos, les procédés de fabrication, avec Spin-Ion Technologies, et le test, avec Hprobe. Trois de ces pépites sont issues de Spintec : Crocus Technology, Antaïos et Hprobe. "Ce qui nous manque, c’est un gros industriel des semi-conducteurs, regrette Dafiné Ravelosona, l’un des cofondateurs de Spin-Ion Technologies. STMicroelectronics a choisi de miser sur une autre technologie, la mémoire à changement de phase, pour l’embarqué. Nous ne désespérons pas de le rallier à la mémoire Mram." Bernard Dieny tire néanmoins la sonnette d’alarme. "États-Unis, Chine, Japon, Corée du Sud, Taïwan… Tous les grands pays technologiques boostent leurs investissements dans la spintronique, affirme-t-il. Les investissements en Europe ne sont pas à la hauteur des enjeux. Pour rester dans la course, nous devons passer à la vitesse supérieure."

La spintronique est aujourd’hui une réalité industrielle dans les disques durs, les capteurs magnétiques et la mémoire Mram. "L’essentiel du développement va venir au cours des cinq prochaines années, avec un grand potentiel économique, promet Bernard Dieny. Une opportunité à saisir en France. L’État devrait y investir au moins autant que dans les technologies quantiques."