Depuis des semaines, les tensions autour du fabricant de semi-conducteurs Nexperia tiennent le monde automobile en haleine. Sans puces, aucune voiture ne peut fonctionner. Mais quel est exactement le rôle de ces composants?
Il existe une blague sur l’Aston Martin Lagonda qui fait référence à l’origine de la crise des semi-conducteurs dans l’industrie automobile: «Pourquoi les conducteurs de Lagonda vont-ils au paradis? Parce qu’ils ont déjà vécu l’enfer sur terre.» Référence à l’électronique défaillante de cette voiture de luxe, qui a désespéré de nombreux propriétaires. Présentée en 1976, cette voiture était la première à être équipée d’un tableau de bord numérique, d’affichages LED et de boutons tactiles. Elle était donc dotée d’une électronique sophistiquée, mais celle-ci n’était pas encore à la hauteur des exigences quotidiennes de la conduite automobile.
Inimaginable aujourd’hui. L’électronique est présente dans presque tous les composants d’une voiture moderne. Et qui dit électronique dit semi-conducteurs. Ces composants, qui ne mesurent parfois que quelques millimètres, constituent le réseau de commande, de contrôle et de stockage d’un véhicule. Selon le modèle de voiture, plusieurs centaines à plusieurs milliers de composants semi-conducteurs sont montés, et la tendance est à la hausse, car les voitures sont constamment équipées de nouvelles fonctions. Mais que font réellement ces semi-conducteurs? Comment fonctionnent-ils?
Heinrich Milosiu, 49 ans, directeur scientifique à l’Institut Fraunhofer pour la recherche en sciences appliquées, peut l’expliquer. «Au cours des 100 premières années de la construction automobile, la mécanique et l’électricité étaient les principaux ingrédients de base. Au milieu des années 1980, l’électronique est venue s’y ajouter.» Il s’agissait donc de nouveaux composants qui étaient plus que de simples câbles, interrupteurs et relais, tels qu’ils étaient utilisés depuis longtemps dans les voitures, par exemple pour allumer et éteindre les phares ou alimenter le système d’allumage du moteur en électricité.
Bien que les semi-conducteurs retenus ne soient pas des produits de haute technologie, il n’est pas si facile de les remplacer.
Ces nouveaux composants, appelés microcontrôleurs, qui existent dans différentes variantes, sont en principe des appareils de commande miniaturisés fonctionnant comme des commutateurs purement électroniques. «Ceux-ci peuvent à leur tour réguler ou amplifier des courants relativement importants avec une tension relativement faible en combinaison avec des transistors de puissance, et peuvent ainsi être utilisés comme des valves électroniques», explique Heinrich Milosiu. Les avantages de cette technologie sont rapidement apparus, comme le décrit l’expert: le courant électrique peut être contrôlé sans composants mécaniques et donc sans usure. «De plus, les nouveaux composants électroniques ne nécessitent pas d’entretien et sont également beaucoup plus petits et beaucoup plus puissants.»
Des milliards d’éléments sur quelques millimètres carrés
Cela vaut aujourd’hui plus que jamais. Les composants semi-conducteurs sont présents par milliers, voire par millions dans les microcontrôleurs, selon leur fonction dans le véhicule. «Cela va de tâches très simples telles que la surveillance de la température, de la pression, du niveau de remplissage ou de la luminosité à l’aide de capteurs appropriés, à des fonctions complexes telles que celles remplies par les processeurs graphiques dans le système d’infodivertissement d’une voiture», explique l’expert.
Les semi-conducteurs se présentent soit sous forme de composants individuels, soit regroupés dans des «circuits intégrés» ou des puces. C’est ainsi que l’on appelle les petits composants semi-conducteurs dès lors qu’ils sont entourés d’un boîtier en plastique, équipés de fils de connexion et prêts à être installés. Ils contiennent alors des millions, voire des milliards d’éléments de commutation sur quelques millimètres carrés.
En principe, selon l’expert, la grande majorité des semi-conducteurs nécessaires dans un véhicule sont des composants relativement simples qui coûtent souvent bien moins d’un euro. Un capteur dans le siège doit par exemple détecter si quelqu’un est assis dessus ou non, et un capteur dans la boucle de la ceinture de sécurité doit détecter si la ceinture a été bouclée correctement ou pas. Les semi-conducteurs contrôlent cette comparaison et déclenchent également une réaction si les deux signaux ne correspondent pas. Dans ce cas, le système électronique de commande allume un voyant d’avertissement dans le cockpit et émet un signal sonore. D’un point de vue électronique, ce n’est pas très compliqué.
Un produit difficilement interchangeable
L’industrie automobile se retrouve néanmoins rapidement en situation de crise dès que l’approvisionnement en semi-conducteurs en provenance d’Extrême-Orient est interrompu. Cela s’est produit pendant la pandémie de coronavirus, et cela se répète aujourd’hui avec l’arrêt temporaire de la production du fabricant de semi-conducteurs néerlandais-chinois Nexperia. Basée à Wageningen, aux Pays-Bas, cette entreprise a vu le jour en 2016, lorsque le fabricant de semi-conducteurs NXP a cédé sa division «Standard Products» à des investisseurs chinois.
Lorsque, le 30 septembre dernier, le gouvernement néerlandais a pris le contrôle de Nexperia, les dirigeants chinois ont interprété cette décision comme une expropriation de biens chinois et ont réagi en imposant un embargo sur les exportations des produits Nexperia fabriqués dans les usines chinoises. Cela concernait notamment les composants standard simples dont l’industrie automobile a besoin en grande quantité pour chaque véhicule. Afin de désamorcer le conflit et de rétablir les chaînes d’approvisionnement, le gouvernement néerlandais a rendu le contrôle de l’entreprise à son propriétaire chinois Wingtech.
Bien que les semi-conducteurs retenus ne soient pas des produits de haute technologie, il n’est pas si facile de les remplacer. Cela s’explique principalement par le fait que les semi-conducteurs destinés à être utilisés dans les voitures doivent répondre à une norme spécifique, ils doivent être «qualifiés pour l’automobile», comme on dit dans le secteur. Cela signifie que ces composants doivent être résistants aux chocs et aux vibrations et, surtout, qu’ils doivent fonctionner sans faille dans une plage de température comprise entre -40 et +150 °C. Pour les semi-conducteurs destinés à des applications dans le domaine de l’électronique grand public, la température maximale est de 85 °C.
En d’autres termes, tous les semi-conducteurs ne répondent pas aux exigences spécifiques imposées par l’industrie automobile aux composants. Ce qui est également dans l’intérêt des automobilistes. Car qui voudrait entendre la blague selon laquelle il ira certainement au paradis parce que l’électronique de sa voiture est tellement peu fiable qu’elle en devient infernale?
