L’électronique de puissance devient un enjeu de souveraineté. Le diamant synthétique pourrait améliorer les composants et la France doit encore structurer sa filière industrielle.
Strategie Industrielle : Le diamant synthétique à l’épreuve de la souveraineté française
By
Last modified on 2 novembre 2026 9h35
L’électronique de puissance commande et convertit l’électricité dans les véhicules, les réseaux d’énergie, les centres de données et les équipements militaires. Ses performances déterminent les pertes électriques et les besoins de refroidissement. Maîtriser ses composants conditionne désormais une part de notre autonomie technologique.
Après le silicium, le carbure de silicium et le nitrure de gallium, le diamant synthétique ouvre de nouvelles perspectives. Ses propriétés permettent d’envisager des composants supportant des tensions élevées et évacuant mieux la chaleur. Encore faut-il passer des résultats de laboratoire à une production industrielle fiable.
La compétition internationale porte sur ce passage à l’industrie. Au Japon et aux États-Unis, les démonstrateurs rapprochent les recherches des applications civiles et militaires. Les pays qui maîtriseront la fabrication des composants et leur qualification pourront capter une part de leur valeur. Les autres devront les importer.
La France possède des laboratoires spécialisés comme l’Institut Néel, laboratoire du CNRS et des producteurs de diamant comme DIAMFAB ou HiQuTe Diamond. Elle compte aussi des industriels capables de fabriquer les composants ou de les intégrer à leurs équipements. Ces compétences constituent une base sérieuse. Leur dispersion pourrait cependant laisser à d’autres le soin de construire la filière industrielle.
L’électronique de puissance accompagne l’électrification des équipements
L’électronique de puissance contrôle et transforme l’énergie électrique pour l’adapter aux besoins des équipements.
Dans une voiture électrique, elle transforme le courant de la batterie pour alimenter le moteur. Dans une borne de recharge, elle adapte l’électricité du réseau aux caractéristiques de cette batterie. On la retrouve dans les installations solaires et éoliennes, qui injectent leur production sur le réseau, ou dans les alimentations des serveurs des centres de données. Les équipements militaires embarqués, notamment les radars et les systèmes de communication, exigent des composants capables de gérer de fortes puissances dans un volume restreint.
Chaque conversion entraîne des pertes d’énergie, dissipées pour l’essentiel en chaleur. Elles s’additionnent à chaque étage de conversion et finissent par peser lourd : dans un véhicule électrique, elles réduisent l’autonomie ; à bord d’un équipement militaire, elles imposent un refroidissement encombrant, lui-même consommateur d’énergie.
Ces dispositifs reposent sur des semi-conducteurs qui fonctionnent comme des interrupteurs électroniques très rapides, ouvrant et fermant le passage du courant des milliers, voire des millions de fois par seconde.
Un bon interrupteur de puissance doit supporter une forte tension lorsqu’il est ouvert et opposer une faible résistance au courant lorsqu’il est fermé. Le basculement entre ces deux états entraîne également des pertes : sa durée et les conditions de commutation comptent dans le rendement final. La recherche de nouveaux matériaux vise à réduire ces contraintes.
Des débouchés dans l’automobile, les réseaux et les centres de données
Dans les véhicules électriques, les composants de puissance équipent l’onduleur qui commande le moteur et le chargeur embarqué. Dans les infrastructures, ils sont au cœur des bornes de recharge rapide.
Le passage aux architectures 800 volts et l’augmentation des puissances de recharge durcissent les contraintes imposées aux semi-conducteurs. Le diamant pourrait permettre de supporter davantage de tension et de réduire certaines pertes.
Infineon et STMicroelectronics, fabricants de semi-conducteurs, produisent des composants en carbure de silicium. Bosch et Denso, équipementiers automobiles, les intègrent dans leurs équipements ; Valeo, également équipementier, développe des chaînes de traction utilisant cette technologie. Ces groupes constituent des utilisateurs potentiels du diamant, sous réserve de performances démontrées et d’un coût acceptable.
Dans les réseaux d’énergie, les besoins concernent les convertisseurs photovoltaïques et éoliens, mais aussi le stockage stationnaire et la conversion à haute tension. Schneider Electric, spécialiste de la gestion de l’énergie, et Mitsubishi Electric, groupe industriel japonais, fournissent des équipements de conversion. Les fabricants de semi-conducteurs leur apportent les composants nécessaires.
Les centres de données représentent un autre débouché possible. Leur consommation électrique pousse à améliorer le rendement des alimentations et de la distribution interne. Le diamant présente deux intérêts distincts : comme semi-conducteur actif dans certains convertisseurs et comme matériau thermique pour évacuer la chaleur des composants.
La défense impose des contraintes particulièrement fortes. Les radars et les équipements de communication embarqués doivent concentrer la puissance dans un faible volume. Les applications spatiales ajoutent leurs exigences de fiabilité et de résistance aux radiations. Plusieurs programmes américains étudient le diamant pour répondre à ces besoins.
Ces débouchés élargissent les perspectives du diamant électronique. Ils ne constituent pas encore un marché acquis : chaque application impose ses propres exigences de qualification et devra justifier le coût d’un changement de technologie.
Des propriétés physiques qui ouvrent de nouvelles possibilités
Des décennies d’investissements ont fait du silicium le matériau de référence de l’électronique, produit en masse selon des procédés éprouvés.
Le carbure de silicium a amélioré les convertisseurs haute tension des véhicules électriques et de leurs bornes de recharge, puis ceux des installations d’énergie renouvelable. Le nitrure de gallium s’est développé dans les applications exigeant des commutations rapides, des chargeurs compacts aux alimentations des centres de données. Il équipe aussi les dispositifs radiofréquences. Ces matériaux ont considérablement relevé les performances, mais leurs propriétés imposent encore des compromis entre tension supportée, résistance électrique et fonctionnement à haute fréquence.
Le diamant pourrait desserrer ces contraintes. Il supporte des champs électriques très élevés : une couche relativement mince peut donc bloquer une forte tension. Certaines architectures permettraient ainsi de réduire la résistance à l’état passant tout en conservant une bonne tenue en tension. Sa conductivité thermique très élevée facilite l’évacuation de la chaleur. Les propriétés de ses porteurs de charge présentent également un intérêt pour la commutation rapide.
Ces caractéristiques expliquent l’intérêt stratégique du diamant pour l’électronique de puissance. Elles ne décrivent toutefois pas les performances des composants disponibles aujourd’hui. La plupart des dispositifs expérimentaux restent en deçà des meilleurs composants en carbure de silicium ou en nitrure de gallium. Le potentiel du matériau justifie les recherches ; sa supériorité industrielle reste à établir pour chaque usage.
Du diamant isolant au diamant conducteur
Le diamant très pur est un excellent isolant électrique. La synthèse permet de modifier ses propriétés en contrôlant sa croissance et les éléments introduits dans le cristal.
L’introduction d’atomes de bore, appelée dopage, permet d’obtenir du diamant de type p, dans lequel le courant est transporté par des « trous », c’est-à-dire des absences d’électrons. Un dopage élevé peut rendre le matériau fortement conducteur et lui donner une teinte bleue. Les propriétés obtenues dépendent de la concentration de bore et de la qualité du cristal.
La fabrication d’une diode ou d’un transistor demande ensuite de contrôler la circulation des charges. Selon l’architecture retenue, une région faiblement dopée supporte la tension tandis que d’autres régions facilitent le passage du courant. Les contacts électriques et les interfaces jouent aussi un rôle déterminant. Le fonctionnement ne se résume donc pas à juxtaposer du diamant isolant et conducteur.
Deux usages doivent être distingués. Le diamant semi-conducteur actif intervient directement dans le fonctionnement électrique du composant. Le diamant dissipateur thermique évacue la chaleur d’un composant fabriqué dans un autre matériau, notamment le nitrure de gallium. Les difficultés de fabrication et les échéances commerciales diffèrent entre ces deux voies.
Du Japon aux États-Unis, les premières démonstrations
Les travaux récents permettent de mesurer les progrès, à condition de distinguer les architectures étudiées.
Au Japon, l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST), organisme public de recherche, et Honda Research and Development, structure de recherche du constructeur automobile Honda, développent des transistors en diamant. En mars 2025, leurs chercheurs ont présenté une commutation sur une puce fonctionnant à 2,5 ampères, avec des temps de transition de 19 et 32 nanosecondes, soit quelques dizaines de milliardièmes de seconde. Ces travaux explorent les possibilités du diamant pour commander la puissance dans des conditions électriques et thermiques exigeantes.
Power Diamond Systems, entreprise japonaise spécialisée dans les composants en diamant, développe également des transistors. Ookuma Diamond Device, société issue de l’université d’Hokkaido, vise des composants résistants aux radiations, notamment pour le démantèlement de Fukushima. EDP Corporation, producteur japonais de diamant monocristallin synthétique, fournit le matériau. Mitsubishi Electric travaille aussi sur des transistors au nitrure de gallium associés au diamant pour dissiper leur chaleur.
Aux États-Unis, l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign, établissement public de recherche, a publié en mars 2026 les résultats d’un interrupteur en diamant commandé par impulsion laser : 17,1 ampères sous une polarisation de 1 000 volts. Cette architecture explore une voie différente de celle des transistors destinés aux convertisseurs électriques classiques.
Le DEVCOM Army Research Laboratory, laboratoire de recherche de l’armée de Terre américaine, étudie également les composants en diamant. En mai 2026, Advent Diamond, fabricant américain de composants en diamant, et Northrop Grumman, groupe américain de défense, ont annoncé avoir testé un limiteur radiofréquence entièrement en diamant supportant plus de 100 watts. Ce composant protège les récepteurs contre des signaux trop puissants. Il répond à un besoin militaire précis, distinct de la conversion d’énergie.
Great Lakes Crystal Technologies, producteur américain de diamant synthétique, développe des substrats pour l’électronique avancée. La concurrence concerne donc également l’approvisionnement en cristaux de qualité électronique.
Ces démonstrations rapprochent le diamant de plusieurs applications. Elles ne permettent pas encore de conclure à sa maturité industrielle dans l’électronique de puissance.
Les atouts de la France pour bâtir une filière industrielle
La France dispose de compétences en croissance du diamant et en maîtrise de ses propriétés électriques. Ses équipes travaillent aussi sur les composants nécessaires à la conversion de puissance.
À Grenoble, l’Institut Néel, laboratoire du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), organisme public de recherche, étudie les propriétés électroniques du diamant et les architectures de transistors. Avec le Laboratoire plasma et conversion d’énergie (LAPLACE), laboratoire public toulousain, ses équipes ont publié en 2024 les résultats d’un transistor à conduction volumique de 50 milliampères. Diamfab, entreprise issue de cet environnement, développe des couches semi-conductrices et des composants en diamant. Le CEA-Leti, institut de recherche technologique du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, apporte des compétences en microélectronique et en intégration.
En région parisienne, le Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM), laboratoire public spécialisé notamment dans la croissance du diamant, a contribué aux recherches dont est issue HiQuTe Diamond, producteur français de substrats monocristallins. En mars 2026, Diamfab et HiQuTe Diamond ont présenté des diodes Schottky verticales supportant plus de 400 volts, avec une densité de courant annoncée de 3 000 ampères par centimètre carré.
Frenchdiam, programme national de recherche consacré au diamant, rapproche les équipes françaises engagées sur ces technologies.
STMicroelectronics apporte sa connaissance des semi-conducteurs de puissance. Soitec, fabricant français de substrats avancés, possède une expérience industrielle utile, sans que cela préjuge d’un engagement dans le diamant.
Les utilisateurs potentiels sont également présents : Valeo dans l’automobile, Schneider Electric dans l’énergie, Alstom, constructeur ferroviaire, dans la traction électrique, et Thales, groupe de défense et d’électronique, dans les radars. Leur participation permettrait de confronter les recherches aux contraintes des équipements.
En Europe, Element Six, producteur de diamant synthétique appartenant au groupe diamantaire De Beers, dispose de capacités industrielles importantes. Fraunhofer IAF, institut allemand de recherche appliquée, travaille sur le diamant. Imec, centre belge de recherche en microélectronique, possède des compétences en développement de procédés.
La présence de ces acteurs ne constitue pas, à elle seule, une filière. Il faut encore organiser leur coopération et financer le passage aux composants qualifiés.
Transformer les compétences françaises en avantage industriel
Démontrer des performances en laboratoire ne suffit pas à maîtriser une technologie. Il faut fabriquer des composants reproductibles et obtenir leur qualification pour les équipements auxquels ils sont destinés.
Tout commence par des cristaux de qualité électronique, dont les propriétés doivent rester constantes d’un lot à l’autre. La régularité de production compte autant que la performance d’un démonstrateur. Viennent ensuite les couches dopées et la fabrication des dispositifs. Les essais de fiabilité doivent établir leur durée de vie dans les conditions d’utilisation prévues. Une faiblesse à une seule de ces étapes peut bloquer l’ensemble du développement.
Le risque pour la France serait de conserver la recherche et la production du matériau tout en laissant s’installer à l’étranger la fabrication des composants et leur qualification. Elle fournirait alors une ressource technologique sans maîtriser les produits qui en sont issus. Le précédent du photovoltaïque rappelle qu’une avance scientifique ne garantit aucune position industrielle durable.
Le Japon et les États-Unis rapprochent déjà leurs laboratoires des entreprises susceptibles d’exploiter leurs résultats. Les programmes militaires américains contribuent à cet effort. En France, la question est de savoir quels industriels accepteront de financer les étapes suivantes.
Les financements de recherche doivent déboucher sur des investissements de production. L’engagement des futurs utilisateurs compte autant : un besoin défini et un programme de qualification financé donnent aux fabricants une perspective concrète. Une première commande peut ensuite justifier l’investissement dans une capacité industrielle.
Cela suppose de choisir des applications précises, avec des objectifs mesurables de tension et de courant, puis de fixer les exigences de fiabilité et de coût. Les acteurs français doivent participer assez tôt à ces développements pour maîtriser les procédés et les choix d’architecture. C’est à ce stade que se prépare une position industrielle, bien avant une éventuelle production en série.
Une filière française à construire dès maintenant
Le diamant électronique progresse, mais les choix industriels restent ouverts. Cette période permet encore aux acteurs français de prendre position avant que les procédés dominants et les relations entre fournisseurs et clients ne se stabilisent.
La France maîtrise plusieurs étapes essentielles et possède des industriels dont les besoins en électronique de puissance augmentent. Elle peut s’appuyer sur cette proximité pour développer des composants répondant à des usages identifiés. L’avantage concurrentiel se situera dans la capacité à fournir un composant qualifié, avec une qualité constante et des délais maîtrisés.
La priorité consiste à réunir les producteurs de matériau et les fabricants de composants autour de projets portés par leurs futurs utilisateurs. Il faut financer leur qualification et préparer les moyens de production correspondants. Sans cet engagement, les recherches françaises pourront alimenter une industrie dont les usines et les décisions se trouveront ailleurs.
L’électrification accroît la dépendance des activités civiles et militaires aux composants de puissance. Le diamant peut contribuer à leur prochaine génération. Pour la France, l’enjeu est de transformer ses compétences scientifiques en capacité industrielle avant de devoir acheter à l’étranger les composants qu’elles auront contribué à faire naître.