La commune pittoresque de Spiez, au bord du lac de Thoune, ressemble à une idylle alpine. Sous l'un de ses toits à deux pans, on découvre un aspect de la «Swissness», rarement visible sur les cartes postales, mais tout aussi intrinsèquement suisse que les Alpes : l'innovation high-tech. C'est ici qu'est installée «Swiss Cluster», une entreprise dérivée de l'Empa, spécialisée dans les systèmes innovants pour la production de couches minces. Fondée fin 2020 à l'Empa, à Thoune, par une équipe du laboratoire «Mechanics of Materials and Nanostructures» dirigée par le chercheur en matériaux Carlos Guerra et l'ingénieur en électronique Kevin Lücke, «Swiss Cluster» se concentre sur le renforcement et la durabilité des couches minces.
Cet objectif est crucial pour de nombreux secteurs industriels : les couches minces ont de nombreuses applications. Elles protègent les composants sensibles de l'usure et de la corrosion. En optique, elles réduisent les reflets des lentilles et permettent la création de filtres spéciaux. Les couches minces décoratives offrent aux composants horlogers un jeu de couleurs particulier. Les implants médicaux revêtus sont mieux acceptés par le corps. Et dans la microélectronique, les technologies de couches minces sont essentielles : les transistors, puces informatiques et écrans consistent en des séquences précises de couches de matériaux à l'échelle micro- et nanométrique.
Deux procédés en tandem
Un procédé commun pour la production de couches minces est le dépôt physique en phase vapeur (en anglais «physical vapor deposition», PVD). Le matériau de base, souvent un métal ou un oxyde de métal, est évaporé dans une chambre à vide et se condense sur la pièce à revêtir, le substrat. «Swiss Cluster» combine ce procédé établi avec un processus basé sur le vide beaucoup plus récent, appelé dépôt de couches atomiques (en anglais «atomic layer deposition», ALD). Contrairement au PVD, le processus ALD consiste à introduire successivement des précurseurs gazeux dans la chambre à vide. Il en résulte, par réaction chimique, la formation du matériau de revêtement sur le substrat, avec une précision atomique assurée pour l'épaisseur de la couche.
«L'ALD permet de créer des couches très minces et homogènes, offrant une excellente protection contre la corrosion et l'oxydation. Le PVD, en revanche, fournit des couches très dures», explique le PDG de «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «En combinant ces deux procédés, nous sommes capables de produire des couches minces d'une résistance exceptionnelle : à la fois dures et ductiles, robustes thermiquement et résistantes à la corrosion.»
La combinaison de ces deux procédés de couches minces est complexe. Sortir le substrat d'une machine et l'introduire dans une autre ne donne pas le résultat souhaité : exposée à l'air, la surface s'oxyde et se contamine, ce qui détériore l'adhérence des couches suivantes. «Pour les expériences en laboratoire à l'Empa, un système primitif consistait en deux chambres à vide séparées pour l'ALD et le PVD. Un doctorant devait déplacer manuellement le substrat entre les chambres pour chaque couche, sans interrompre le vide», se remémore Guerra.
C'est en partie par esprit d'entreprise, et en partie par nécessité, qu'est née la première machine de «Swiss Cluster». Elle intègre les dispositifs ALD et PVD dans une seule chambre à vide. Les structures nanorevêtues, pour lesquelles un chercheur avait besoin d'une semaine au laboratoire, se forment désormais en quelques heures. «Lorsque nous avons construit le prototype au laboratoire, nous avons réalisé qu'il pouvait devenir un produit», raconte Guerra. Ainsi est née «Swiss Cluster».
Rendre l'innovation plus accessible
«Swiss Cluster» n'est pas la première entreprise à combiner PVD et ALD. Le «duo de choc» a déjà pris pied dans l'industrie des semiconducteurs. «Les fabricants de semiconducteurs utilisent cette combinaison de procédés de manière très spécifique, difficilement transférable à d'autres secteurs industriels», déclare Guerra. «Notre intention est de nous concentrer sur le reste du marché.»
En effet, des couches minces, robustes et fonctionnelles sont recherchées dans divers domaines, de l'horlogerie à la production de composants optiques, de batteries, d'implants et de microélectronique. Et pour les clients intéressés par le seul procédé ALD émergent, «Swiss Cluster» propose un autre dispositif. Il permet ce que l'on appelle le «Batch ALD» : une variante du dépôt de couches atomiques, plus rapide et permettant le revêtement simultané de plusieurs composants ou de pièces grandes et complexes.
«L'ALD est un procédé relativement nouveau, seulement utilisé dans l'industrie depuis environ 20 ans», affirme Guerra. «Nous sommes convaincus qu'il continuera de gagner en importance et de conquérir de nouveaux secteurs.» Bien que les procédés basés sur le vide soient souvent coûteux, ils offrent des résultats d'une précision élevée, leur conférant un avantage pour de nombreuses applications.
Contrairement aux équipements standard de l'industrie des semiconducteurs, les machines de «Swiss Cluster» sont compactes et relativement faciles à installer et à utiliser. «Nous rendons ces procédés high-tech plus accessibles», précise le fondateur. Dans son propre laboratoire à Spiez, la start-up propose également des revêtements en tant que service. «Nous travaillons conjointement avec nos clients pour identifier les revêtements adaptés à leurs applications. Cela nous aide à améliorer continuellement nos appareils - et le client peut évaluer le procédé sans immédiatement investir dans une nouvelle machine», explique Guerra.
Ce qui a commencé dans un laboratoire à l'Empa à Thoune, avec deux bricoleurs et un prototype, est maintenant devenu une jeune entreprise à succès. 15 employés travaillent pour «Swiss Cluster» à Spiez, soutenus par un réseau de partenaires à travers le monde. Les machines de «Swiss Cluster» se trouvent dans des instituts de recherche et des entreprises en Suisse, aux États-Unis et en Grande-Bretagne. Des livraisons vers la France, le Brésil, l'Italie et la Chine sont sur le point d'aboutir.
C'est ici que «Swiss Cluster» se distingue de nombreux autres start-ups high-tech : la jeune entreprise a démarré dès le premier jour avec un client à bord et a jusqu'à présent principalement grandi de manière organique, grâce à la vente de dispositifs et de services. «Notre premier investissement n'a eu lieu qu'en 2025», précise Guerra. Un succès, mais aussi un défi : «Nous devions bien faire dès le départ», sourit le co-fondateur. «C'est aussi pour cela que nous sommes très reconnaissants du soutien initial que nous avons reçu en tant qu'entreprise dérivée de l'Empa.» Désormais, «Swiss Cluster» a été récompensée par le Swiss Economic Forum avec le prestigieux «Swiss Economic Award» dans la catégorie «Production/Artisanat». Le jury a salué la combinaison d'excellence scientifique, de compréhension industrielle et de mise en œuvre entrepreneuriale démontrée par l'entreprise dérivée.
Contact :
Dr. Carlos Guerra
Swiss Cluster AG
carlos.guerra@swisscluster.com
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