Trois fois plus performant que le carbure de silicium et fabriqué à moindre empreinte carbone, le diamant synthétique s'annonce comme la prochaine révolution des semi-conducteurs. La start-up grenobloise DIAMFAB en fait son pari industriel et cherche des financements.
DIAMFAB est une start-up grenobloise spécialisée dans le diamant synthétique semi-conducteur, autrement dit, elle fabrique du diamant de synthèse et lui confère des propriétés électroniques pour en faire des composants capables de gérer l'énergie avec une efficacité inégalée. Trois fois plus performant que le carbure de silicium, ce matériau dissipe aussi la chaleur mieux que le cuivre. C'est à VivaTech, sur le stand du CNRS, que nous avons rencontré Gauthier Chicot, cofondateur et CEO de la deeptech, pour comprendre comment trente ans de recherche fondamentale sont en train de déboucher sur une véritable révolution industrielle.
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Silicium, SiC, GaN… et si le diamant semi-conducteur était le prochain bond technologique
L'histoire de l'électronique de puissance, c'est celle d'une série de ruptures matérielles. Le silicium d'abord, qui a tout construit. Puis le carbure de silicium (SiC), adopté massivement dans les véhicules électriques pour sa meilleure résistance aux hautes tensions. Puis le nitrure de gallium (GaN), qu'on retrouve aujourd'hui dans les chargeurs ultra-rapides. À chaque fois, changer de matériau a permis de faire un bond que la miniaturisation seule n'aurait pas rendu possible. « La loi de Moore en électronique de puissance, ce n'est pas de faire des transistors plus petits, mais de changer de matériaux pour gagner en performance », résume Gauthier Chicot. Le prochain sur la liste ? Le diamant, pas celui du bijoutier évidemment, mais un diamant de synthèse, dont on modifie la structure chimique pour lui donner des propriétés semi-conductrices.
Dans les manuels de physique, le diamant surclasse tout ce qui existe sur le marché. Il tient des tensions trois fois plus élevées que le SiC et dissipe la chaleur mieux que le cuivre. « Les gens commencent à avoir compris ce qui a permis le bond entre le silicium et le carbure de silicium, notamment dans les véhicules électriques. Le bond sera au moins le même en passant du carbure de silicium au diamant », prédit Gauthier Chicot, sans chercher à atténuer l'ambition.
Il y a d'abord un enjeu énergétique. Pour alimenter un processeur qui fonctionne à quelques volts, l'électricité du réseau doit traverser plusieurs étapes de transformation, appelées étages de conversion, qui abaissent progressivement la tension. À chaque étape, une fraction de l'énergie se dissipe en chaleur et se perd. Voilà comment un data center consomme aujourd'hui 160 watts pour produire 100 watts de calcul effectif. Le problème se propage à tous les niveaux de la chaîne, du réseau à la borne de recharge, de la borne à la batterie, de la batterie au moteur. « Si tu accumules toutes ces pertes, tu as produit 100 et à la fin, dans ta voiture, tu as 50 pour rouler », illustre le dirigeant. Avec leurs transistors, diodes et condensateurs en diamant, qui sont les composants qui effectuent justement ces conversions, DIAMFAB vise une efficacité quasi totale, là où le silicium plafonne à 90 %.
La fabrication du diamant semi-conducteur, un procédé aussi exigeant qu'il est vertueux
Pour fabriquer son diamant, DIAMFAB utilise un procédé appelé PECVD, une technique qui consiste à faire « pousser » du diamant dans une enceinte sous vide à partir de gaz. Concrètement, on y génère un plasma, c'est-à-dire un état extrêmement énergétique de la matière, qui vient fracturer des molécules de méthane (CH₄) pour en libérer les atomes de carbone. Ces atomes se déposent alors couche par couche à la surface d'un germe, un minuscule fragment de diamant synthétique qui sert de point de départ, comme une graine dont on ferait pousser un cristal. Le souci est qu'à cette étape, le carbone a tendance à se déposer aussi sous forme de graphite, qui est lui aussi du carbone pur mais dans une structure cristalline différente, et inutilisable pour l'électronique. C'est là qu'intervient l'hydrogène, ajouté au mélange gazeux : il « grave » et élimine sélectivement ce graphite parasite, ne laissant que le diamant pur se développer.
Mais faire pousser du diamant pur ne suffit pas. Il faut le doper, c'est-à-dire introduire des atomes de bore, d'azote ou de phosphore pour lui conférer des propriétés semi-conductrices. Et c'est là que la dureté légendaire du matériau change tout. Car contrairement au silicium, où l'on force les dopants dans la maille après coup, « dans le diamant, comme il est très dur — c'est parce qu'il est très dense — on ne peut pas faire ça, donc on est obligé de le faire pousser et de le fonctionnaliser en même temps », explique le dirigeant. Ce couplage simultané, extraordinairement délicat, constitue le vrai cœur du savoir-faire de DIAMFAB.
Sur le plan environnemental, le diamant marque aussi des points. Fabriquer du carbure de silicium requiert des températures supérieures à 2 500 °C, une consommation d'énergie colossale. Le diamant de DIAMFAB, lui, se synthétise entre 600 et 1 000 °C, le procédé consomme donc moins. À cela s'ajoute un avantage de taille, puisque grâce aux performances exceptionnelles du matériau, il faut entre quatre et cinquante fois moins de surface de diamant que de SiC pour fabriquer un même composant. Moins de matière produite, à moindre température, pour un bilan qui s'améliore rapidement. Gauthier Chicot estime « que c'est au moins un facteur 10 entre le carbure de silicium et le diamant », en termes d'empreinte énergétique globale.
Et en bout de chaîne, le diamant ne déçoit pas non plus. Chimiquement inerte, il ne se dégrade pas au contact de son environnement, ce qui lui confère une durée de vie bien supérieure à celle des composants classiques. Il est en plus recyclable en fin de vie, et le méthane nécessaire à sa fabrication peut provenir de sources biologiques (du biogaz, par exempls), plutôt que de ressources fossiles.
Voiture électrique, data center, espace : pourquoi le diamant de DIAMFAB intéresse tout le monde
On se tourne ensuite naturellement vers les data centers. La prochaine génération de racks devrait atteindre un mégawatt de puissance, une charge colossale à gérer le plus efficacement possible. Mais l'impact se ressent jusque dans le quotidien des particuliers. Gauthier Chicot a une façon bien à lui d'en parler : « Quand tu vas faire le plein d'une voiture thermique, ça te viendrait pas à l'idée à la fin de ton plein de jeter 10 % du gasoil à côté du réservoir. » Et pourtant, c'est précisément ce qui se passe avec l'énergie électrique à chaque conversion.
Dans l'automobile électrique, un convertisseur plus efficace allège la voiture de quelques dizaines de kilos, réduit les pertes à la recharge et améliore l'autonomie réelle. « C'est vraiment sur l'efficacité du convertisseur in fine et la réduction du poids de la voiture. Tu as ton truc qui est plus efficace, tu vas gagner quelques dizaines de kilos, donc la voiture va utiliser moins d'énergie. Il y a un cercle vertueux », nous dit le patron de DIAMFAB. Un gain modeste à première vue, mais important sur l'ensemble du cycle de vie du véhicule.
Les marchés de niche stratégiques, comme le spatial et le nucléaire, entrent dans la trajectoire de DIAMFAB à court terme. Dans ces environnements extrêmes, la résistance naturelle du diamant est décisive. « Ça évite d'avoir un blindage. Aujourd'hui, ce sont des composants qui sont triés sur le volet qu'on va blinder pour résister aux radiations. Le diamant, naturellement, sera résistant aux radiations ». À l'heure où certains acteurs, comme l'homme le plus riche du monde Elon Musk, évoquent envoyer des data centers dans l'espace, c'est un argument qui prend une tout autre dimension, si vous nous excusez le jeu de mots.
DIAMFAB lève jusqu'à 12 millions d'euros pour industrialiser le diamant semi-conducteur en France d'ici 2030
En tout cas, pour DIAMFAB, la première moitié de 2026 aura été charnière. La start-up, spin-off de l’Institut Néel-CNRS, a inauguré sa propre ligne pilote à Grenoble, avec salle blanche et machines de synthèse propriétaires, tout en formalisant un laboratoire commun avec le CNRS pour poursuivre certaines briques technologiques. « On est issu du Centre national de la recherche scientifique. On a été hébergés au CNRS. Là, on commence à industrialiser la techno, mais on continue de travailler avec le CNRS », résume Gauthier Chicot. Fondée en 2019, la jeune entreprise prend son envol sans couper le cordon.
Pour financer la suite, DIAMFAB est en levée de série A et recherche entre 10 à 12 millions d'euros en equity, complétés par d'autres formes de financement public et privé pour atteindre un total de 20 millions. L'idée est de faire évoluer la ligne pilote, de produire des démonstrateurs sur des marchés stratégiques et de préparer l'industrialisation à horizon 2030. La start-up codéveloppe déjà avec le Français Schneider Electric, le Japonais Murata et le Franco-Italien STMicroelectronics. « Le partenaire d'aujourd'hui sera le client de demain sur la techno », se projette Gauthier Chicot, avec la tranquille assurance de quelqu'un qui sait exactement où il va.
Il y a aussi une conviction géopolitique. Les semi-conducteurs sont aujourd'hui au cœur d'une bataille mondiale pour l'accès aux matières premières. La Chine contrôle par exemple presque toute la production mondiale de gallium, indispensable à la fabrication du nitrure de gallium. Le diamant, lui, se fabrique à partir de méthane et d'hydrogène, des ressources abondantes, bon marché, et disponibles en Europe, le Vieux continent qui cherche à reprendre la main sur sa filière des semi-conducteurs. « Ici, on ne dépend pas de pays, de ressources minières ou de gaz rares, de métaux rares qui seraient par exemple un monopole de la Chine, comme le gallium », nous fait remarquer Gauthier. Pour réussir la réindustrialisation, il mise sur une dynamique collective, avec des start-up et grands industriels qui chasseraient ensemble. On apprécie d'ailleurs la métaphore. « Dans une meute, on a besoin d'un vieux loup ou de plusieurs vieux loups qui vont aussi guider la meute et qui vont apprendre aux jeunes loups à faire ça », sans oublier les jeunes loups « un peu plus foufous mais aussi plus flexibles qui vont apporter les innovations ». Chez DIAMFAB, ils revendiquent clairement le deuxième rôle.
