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Composants de haut vol

Il y a cinquante ans, les matériaux et les composants électroniques étaient issus des filières militaires. Aujourd’hui, l’industrie civile se taille la part du lion en ce domaine avec plus de 80 % du marché et deux défis à relever : fiabilité et innovation.

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Connexion d’un composant - CNES/DUMAS Patrick, 2004
Gros plan sur la connexion d’un composant sur le testeur EXA 3000 de chez NPTest.

Les composants électroniques et les matériaux doivent être d’une fiabilité à toute épreuve. Pour les applications spatiales, les tests sont nombreux et la qualité exigée élevée.

Les composants électroniques sont testés généralement en fin de production avant la livraison vers le client. Dans le cas des applications spatiales, les étapes de caractérisation sont plus nombreuses et, pour les niveaux de qualité les plus élevés, l’utilisateur final dispose d’une véritable carte d’identité du composant en fonction de la température, sérigraphie unique… L’opération de test fait appel à plusieurs étapes d’ingénierie : la création des stimuli de test ou logiciels de test qui est réalisée à la fin de l’étape de conception ; le développement de la carte de test ou pied de test qui permet de relier le composant au testeur ; et enfin l’exécution du test lui-même qui ne doit prendre que quelques millisecondes. La fiabilité de l’électronique spatiale est d’autant plus importante que cette dernière est un savant mélange entre des composants typiquement spatiaux et d’autres, commerciaux parfois grand public. Quant aux matériaux utilisés dans les vols habités, le risque est toxicologique. D’autres critères reposent sur des tests d’inflammabilité, d’odeur, de dégazage et de compatibilité matériaux/produits chimiques.

Depuis cinquante ans, la place de l’électronique spatiale, c’est-à-dire des composants électroniques utilisés dans le domaine spatial, a fortement évolué. En effet, au début de l’aventure spatiale, les composants étaient issus des filières technologiques militaires et celles-ci représentaient 80 % du marché de l’électronique. Ainsi, le programme américain Apollo a mobilisé au plus fort de son activité la majorité des ressources de fabrication de l’industrie électronique américaine. Cette situation a bien changé puisque, aujourd’hui, les composants militaires et spatiaux ne représentent plus que 0,1 % du marché mondial. L’industrie spatiale dans le domaine des composants est passée du rôle de précurseur au rôle de suiveur vis-à-vis de l’industrie grand public : les besoins en composants sont faibles (quelques dizaines de milliers par satellites), mais le défi de l’électronique spatiale reste la fiabilité et l’innovation.

LES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES

Une image très simpliste permet de mieux comprendre la spécificité des composants électroniques pour le spatial : en termes de composants, un satellite est équivalent à une centaine de téléviseurs haut de gamme, stockés pendant cinq ans dans un entrepôt (équivalent à la phase de conception des équipements), transportés sans ménagement sur une route caillouteuse (équivalent aux opérations de lancement), mis en route et utilisés sans arrêt pendant quinze ou dix-huit ans (durée de mission d’un satellite de télécommunication). Ce sont donc les conditions d’utilisation et la tenue à l’environnement spatial qui différencient les composants spatiaux des composants commerciaux.

Jusqu’à la fin des années 1980, les composants utilisés dans le spatial étaient presque uniquement issus de filières spéciales. Ces filières étaient fondées sur des technologies commerciales modifiées pour supporter les radiations spatiales. De plus, la production s’appuyait sur un système normatif fort codifiant l’ensemble des opérations afin de maîtriser parfaitement la qualité et la fiabilité du produit fini. Chaque composant issu de ces filières avait sa « carte d’identité » permettant de remonter à l’ensemble des opérations subies. _ À cette époque, la fiabilité des composants dits commerciaux n’était pas compatible avec les exigences du spatial, que ce soit au niveau de la puce mais aussi et surtout au niveau du boîtier (boîtier plastique non hermétique pour le grand public, céramique hermétique pour le spatial).

À partir des années 1990, la fiabilité des composants commerciaux (COTS Voir en bas de page) est devenue supérieure ou égale aux composants militaires et spatiaux. Cette fiabilité s’est améliorée naturellement en s’appuyant sur l’effet de volume : lorsqu’un composant est produit en très grande quantité, il est indispensable de limiter au maximum le nombre de rebuts pour des raisons économiques et ce nombre est directement lié à la fiabilité du composant.

De nombreuses études au niveau des agences spatiales ont permis de fixer les règles d’utilisation des composants commerciaux dans des applications spatiales : résistance à l’environnement spatial, qualité… Les COTS sont choisis uniquement pour des questions de performance : il n’existe pas par exemple de mémoires fortement intégrées fabriquées sur des filières spatiales.
Dans le domaine de l’optoélectronique*, les composants spatiaux sont plus performants que leur potentiel équivalent commercial : les besoins des missions spatiales pour l’observation de la Terre ou de l’Univers ont conduit au développement de détecteurs très spécifiques n’ayant pas leur équivalent dans le domaine grand public. L’électronique spatiale est aujourd’hui un savant mélange entre des composants spatiaux et des composants commerciaux.


Lexique

COTS
Components off-the-shelf : composants sur étagère, c’est-à-dire disponibles sans développement particulier. Retour au texte

En savoir plus

LIVRES
Cours de technologie spatiale : techniques et technologies des véhicules spatiaux, Cnes-CILF.

  • Volume 1 : Généralités et contraintes de développement.
  • Volume 2 : Charges utiles.
  • Volume 3 : Plateformes.

SITE INTERNET
Les centres de compétences techniques du Cnes cct.cnes.fr