• 1 La vie et l'œuvre de Pierre Grivet, André Blanc-Lapierre, La Vie des Sciences, Comptes rendus, séri (...)
• 2 René Bimbot, « Les années Joliot », La revue pour l’histoire du CNRS, n°16 | 2007, http://histoire- (...)

1Le laboratoire créé par Pierre Grivet1 s’est implanté sur le campus d’Orsay en 1962. L’université, qui était alors une antenne de la Faculté des sciences de Paris, était en plein essor. L’Institut de physique nucléaire, créé par Irène et Frédéric Joliot-Curie2, y était installé depuis 1955 et les premiers étudiants étaient arrivés en 1958. Les premières expériences sur l’accélérateur linéaire dataient de 1959, année qui avait vu aussi la création du Laboratoire de physique des solides par André Guinier, Jacques Friedel et Raimond Castaing, amis de Pierre Grivet. Le contexte était donc très favorable pour le développement du laboratoire qui devait devenir l’Institut d’électronique fondamentale (IEF) lors de son association au CNRS en 1966. Le bâtiment d’environ 8 000 m² hébergeait non seulement le « laboratoire Grivet » mais aussi au second étage les équipes des professeurs Marcel Rouault et Roger Arnould. Une partie des locaux était réservée pour l’enseignement en électronique, qui a toujours été une composante fortement associée au laboratoire. Le couplage fort entre l’enseignement et la recherche est en effet depuis toujours un élément essentiel pour le recrutement de jeunes chercheurs et enseignants-chercheurs d’excellent niveau, venant renforcer le potentiel du laboratoire. Notons à ce sujet que Pierre Grivet a été pionnier et moteur dans le développement de la filière EEA (Électronique, Électrotechnique, Automatique) y compris au niveau national, en facilitant le départ de nombreux enseignants de l’IEF vers la province.

• 3 "Les origines de l'Institut d'Électronique Fondamentale d'Orsay, de 1949 à 1962 : une histoire vécu (...)

2L’effectif d’une trentaine de permanents s’est rapidement accru avec le développement de nouveaux thèmes de recherche. Les activités antérieures3 de ce groupe de recherche étaient essentiellement centrées d’une part sur les techniques de résonance électronique (RPE : Résonance Paramagnétique Électronique) et nucléaire (RMN : Résonance Magnétique Nucléaire ; RQN : Résonance Quadrupolaire Nucléaire) et d’autre part sur l’optique corpusculaire, avec entre autres la réalisation de ce que l’on peut considérer comme l’ancêtre du microscope électronique. Des premières études sur les matériaux irradiés avaient été entreprises dans le silicium avec les thèses d’André Vapaille et de René Castagné.

• 4 Au millième de degré absolu, un nouvel état de la matière: la superfluidité anisotrope de l'hélium- (...)

3À l’arrivée à Orsay, l’installation d’un liquéfacteur hélium-hydrogène a été le point de départ des études autour des très basses températures. Les équipements étaient importants puisqu’ils comportaient des compresseurs pour l’hélium et l’hydrogène, des pompes pour l’azote et l’hydrogène gazeux et des gazomètres. Ces matériels avaient été récupérés à l’École des Mines par le Professeur Grivet et Guy Ouradou en a assuré la mise en œuvre et a été responsable de ce service jusqu’à sa fermeture en 1998. Un réseau de récupération de l’hélium gazeux a été installé dans tous les étages du bâtiment. Pour la liquéfaction de ces gaz, il était indispensable de disposer d’azote liquide. Le laboratoire avait acquis un liquéfacteur d’azote installé au sous-sol à côté de la station de récupération d’hélium. En janvier 1963 le liquéfacteur était opérationnel et produisait de l’hélium et de l’hydrogène liquide pour les besoins des équipes de recherche du laboratoire. Les cryostats à hélium 3 réalisés par Henri Benoit et Jean-Pierre Renard et ceux à dilution He3/He4 par Eric Varoquaux ont permis d’atteindre des températures inférieures à 4 Kelvin, jusqu’à quelques centièmes de Kelvin4. Ce fut aussi le début des travaux sur la supraconductivité avec la réalisation de bobines supraconductrices délivrant des champs intenses pour la RMN haute résolution, activité développée par Michel Sauzade et l’étude de cavités supraconductrices à haut facteur de qualité animée par Albert Septier avec Viet Nguyen-Tuong et Francis Biquard.

• 5 La première observation de l’effet laser, avec un laser à rubis, a été publiée par Maiman en 1960.
• 6 G. Chartier, C. Aninat, Determination of polarization of light generated by solid laser, Comptes re (...)
• 7 Guy Gautherin, René Masic, Robert Jean Warnecke, Robert Jean, "Device for producing high intensity (...)

4En 1963, la 3^e Conférence internationale d’électronique quantique se tenait à Paris et Pierre Grivet était le président de son comité d’organisation. Il avait déjà initié des études sur les masers et lancé en 1961-1962 la réalisation d’un maser à hydrogène avec Claude Audouin, ce qui sera le noyau de la section d’Orsay du Laboratoire de l’horloge atomique créée en 1964. Dans le même temps, alors que l’effet laser venait à peine d’être démontré5, il avait demandé à Germain Chartier de commencer des études dans ce domaine : des lasers à verre au néodyme et à rubis ont été construits au laboratoire6. Ce sont ensuite des lasers à gaz avec Jean-François Delpech. Les compétences en optique corpusculaire d’Albert Septier ont été mises à profit pour le développement de sources d’ions autour de Guy Gautherin7. Des activités de recherche ont également été lancées sur les collisions ions-gaz avec Jacques Baudon et Michel Barat, et sur les plasmas avec André Bouchoule et Michel Weinfeld.

• 8 "Le budget du CNRS de 1960 à 2000", Bruno Marnot, La revue pour l'histoire du CNRS, n° 26, 2010, pp (...)

8Les événements de Mai 1968 ont naturellement perturbé la vie du laboratoire. Des assemblées générales se sont tenues dans le grand amphithéâtre du bâtiment. L’explosion du désir de démocratie a conduit quelques personnes à bloquer l’entrée de la salle où Pierre Grivet avait convoqué les responsables de groupe, pour lui demander que des représentants des personnels soient dorénavant présents dans ce type de réunion. C’étaient les prémices du conseil de laboratoire, qui apparaît dans la proposition de structure de laboratoire établie par des assemblées de chercheurs et de techniciens tenues les 21, 22 et 23 mai 1968. Tout en reconnaissant que l’évolution s’était faite dans une atmosphère de coopération et d’optimisme, P. Grivet note que « l’activité de restructuration et de réorganisation consécutive aux événements de mai 68 a amené un retard notable de l’ordre de trois à six mois dans la réalisation des expériences ». Cette période mouvementée a aussi vu le début du ralentissement de la croissance des crédits publics8 auquel il a fallu s’adapter.

• 9 J-C. Risset a reçu la médaille d’or du CNRS en 1999 pour l’ensemble de ses travaux

11P. Grivet avait le souci de la carrière de ses « élèves » et a facilité le départ de nombre d’entre eux vers des postes d’enseignants en province (après les départs dans les années 1960-1970 de Pierre Davy, Jacques Hervé, Yves Garrault, Henri Ottavi, Michel Abignoli, Pierre Daumezon, Pierre Piéjus, en 1970 ce sont Jacques Conard, Etienne Boileau, Jean-Paul Schermann, Albert Papiernik et Francis Biquard, puis Jacques Marcou en 1973, Germain Chartier en 1974, etc.). Cet essaimage à partir de l’IEF a été essentiel dans l’émergence et le développement des thématiques « EEA » (Électronique, Électrotechnique, Automatique) dans l’enseignement et la recherche sur l’ensemble du territoire. Ce sont aussi plusieurs groupes constitués qui ont quitté le laboratoire : Bernard Picinbono vers SupElec et André Bouchoule et Michel Weinfeld vers la toute neuve École Polytechnique en 1973, Michel Barat pour créer le Laboratoire des collisions atomiques en 1977 et Eric Varoquaux pour le Laboratoire de physique des solides en 1979. Ces départs ont évidemment eu un impact important sur l’évolution des thèmes de recherche, en même temps que se faisait sentir une pression croissante pour suivre les directives du 5^e plan pour la recherche. L’orientation vers des recherches plus appliquées a conduit à un ancrage plus net du laboratoire dans le domaine des Sciences pour l’Ingénieur, en plein développement avec la création au CNRS d’un département portant ce nom en 1975. Les principaux thèmes de recherche portent alors sur la RMN à très basse température ou haute résolution avec en particulier des études approfondies des transitions de phases magnétiques, sur l’obtention de très basses températures ce qui permet le développement de recherches sur l’effet Josephson, sur les sources d’ions avec des perspectives nouvelles d’élaboration de couches minces, sur l’électronique dans les gaz ionisés avec le développement d’équipements de mesure particulièrement performants pour étudier les signaux rapides, ou encore sur la génération de rayonnement infra-rouge cohérent par battement entre deux lasers. L’électronique plus classique tient aussi une grande place : c’est le début des études sur l’épitaxie de composés III-V avec dopage par implantation d’ions, le développement de l’optoélectronique associant les compétences en lasers et en semi-conducteurs, et la mise en œuvre de méthodes de simulations numérique de plus en plus sophistiquées pour comprendre ou prédire le fonctionnement de nouveaux dispositifs électroniques. L’installation d’une « machine à calculer » Hewlett-Packard en 1971 marque le début d’une activité « informatique », avec en particulier les travaux précurseurs de Jean-Claude Risset9 en informatique musicale, travaux poursuivis après son départ par Gérard Charbonneau.

• 10 Rapport d'activité 1977-1978 de l'IEF, message du Directeur

14L’inondation des locaux des 20 et 21 mars 1978 a été lourde de conséquences. P. Grivet la décrit en ces termes10 : « Le dimanche 20 mars après-midi, commençait brutalement une inondation qui dès la soirée amenait plus de 60 cm d’eau dans les sous-sols de l’IEF. Le niveau atteignait un mètre le lundi matin 21 mars, ce qui interdisait tout accès aux appareils, produits et machines, qui se trouvaient alors tous piégés dans l’eau noire. Une très brusque recrudescence de la pluie, dans l’après-midi puis dans la soirée de lundi, faisait de cette inondation une dure catastrophe pour l’IEF : les dégâts étaient finalement bien plus considérables qu’en janvier 1966, où l’eau n’avait pas atteint la platine à bornes du transformateur haute tension, tandis que cette année, cette plaque – et même la prise d’aération qui la surmonte – fut complètement submergée. Les précautions prises après 1966 par l’architecte de l’Université se sont avérées complètement inefficaces (la galerie d’arrivée des fluides avait été murée mais restait perméable), tout comme les prévisions de l’Administration qui considérait ce type d’accident comme séculaire (ce qui était historiquement vrai pour celle de 1966 car le précédent événement de ce genre s’était produit en 1866) ». Alors que l’eau commençait à monter, Guy Gautherin était allé couper l’alimentation électrique au niveau des transformateurs au sous-sol, mais ceux-ci ont été irrémédiablement endommagés et le laboratoire a été privé d’électricité pendant plusieurs mois. Peu d’expériences étaient encore au sous-sol à cette époque, mais les cristaux qui y étaient patiemment préparés par Jean-Pierre Renard avaient fondu. C’est après cette inondation qui avait aussi touché des habitations que les bassins de retenue de Bures et Gif sur Yvette ont été creusés.

• 11 Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes.
• 12 Centre hyperfréquences et semi-conducteurs, devenu l'Institut d'électronique, de microélectronique (...)

16C’est en 1980 que l’IEF a formalisé un projet de création d’une centrale de technologie pour la microélectronique sur semi-conducteurs III-V. À l’époque peu de moyens technologiques existaient dans les laboratoires universitaires français pour soutenir les recherches dans ce domaine. Seuls le Laas11 à Toulouse sous la direction de Jean Lagasse et le CHS12 à Lille avec Eugène Constant avaient déjà mis en place un certain nombre d’équipements. De nombreux contacts ont été pris pour définir au mieux les équipements nécessaires et le projet est chiffré au cours de l’année 1981. L’obtention des financements semblait en bonne voie. Mais en février 1982, si le ministère des Universités et celui de la Recherche et Technologie s’accordaient sur le principe de la construction d’une centrale de technologie dédiée aux semi-conducteurs III-V en région parisienne, les modalités et le lieu d’implantation ont brutalement été remis en question. Dans le courant de l’année 1982 se dégageait le projet de création d’un laboratoire dans l’enceinte du Cnet à Bagneux. L’IEF, l’ENS, les laboratoires de physique des solides de Bellevue et de Paris devaient y transférer des personnels. D’âpres discussions suivirent. L’IEF adopta une position a minima, mais fut sommé d’y détacher des personnels chercheurs et techniciens, sous peine de voir son existence menacée à Orsay. Le Laboratoire de microélectronique et microstructures (L2M) fut créé comme laboratoire propre du CNRS à Bagneux le 1^er janvier 1984. Deux chercheurs et deux techniciens de l’IEF y furent affectés.

• 13 P. GARDA, F. DEVOS, Rétines électroniques programmables, Le courrier du CNRS, Vol. 76, p. 106 (1990

20C’est en 1980 que sous l’impulsion de Michel Sauzade une nouvelle équipe s’était formée autour de Francis Devos pour développer l’utilisation des microprocesseurs et l’étude d’architecture de circuits intégrés qui s’est concrétisée par la réalisation d’une rétine « intelligente »13. En collaboration avec d’autres laboratoires, l’Atelier de microélectronique d’Orsay a été créé pour aider les industriels à utiliser les microprocesseurs dans les processus d’automatisation.

• 14 C. DUPAS, P. BEAUVILLAIN, C. CHAPPERT, J. P. RENARD, F. TRIGUI, P. VEILLET, E. VÉLU, AND D. RENARD, (...)

21Ces années ont marqué le début des recherches sur les films magnétiques ultra-minces. L’étude du magnétisme des couches minces de cobalt a permis de mettre en évidence l’importance de l’anisotropie d’interface. Dès 1985 l’équipe de Jean-Pierre Renard, avec Claude Chappert, a mis en œuvre des mesures de magnétorésistance14. Leurs résultats sont les prémices de la découverte de la magnétorésistance géante qui vaudra le prix Nobel à Albert Fert.

• 15 G. GAUTHERIN, C. SCHWEBEL, Deposition of thin films by ion beam sputtering : mechanisms and epitaxi (...)
• 16 R. P. De CARVALHO, N. DJEBBAR, J. GUTIERREZ, A. VAPAILLE, Silicon MBE : use of microion source for (...)

22Parallèlement, les recherches orientées vers l’élaboration de matériaux se sont développées avec l’utilisation des sources d’ions mises au point dans le groupe de Guy Gautherin pour des procédés technologiques comme la gravure ou l’élaboration de couches minces15, et la mise en place par André Vapaille d’une expérience d’épitaxie par jets moléculaires avec des plans de dopage obtenus in situ par implantation pour la réalisation de microstructures en silicium16. La société Plasmion est créée en 1989 pour commercialiser les sources d’ions.

• 17 S. LAVAL, C. BRU, C.ARNODO, R.CASTAGNE, Velocity overshoot investigations in sub-micron devices by (...)

23La mise en œuvre, autour de Philippe Dollfus, de modèles particulaires pour explorer les performances des composants électroniques submicroniques a conduit à une compréhension de plus en plus approfondie des phénomènes physiques mis en jeu. Dans le même temps, la collaboration entre René Castagné et Suzanne Laval a permis d’obtenir, par des mesures de photoconduction, la seule démonstration expérimentale de l’existence de la survitesse et du transport balistique des électrons dans les dispositifs submicroniques en arséniure de gallium17.

• 18 P. CHAVEL, S. LAVAL, J. TABOURY, L'Optique dans l'Ordinateur, Rev. Phys. Appl., 22, (1987), 1215.

24C’est également dans cette décennie qu’on a parlé de « l’ordinateur optique »18. Les études sur des commutateurs optiques ultra-rapides et sur des dispositifs bistables optiques menées dans l’équipe de Suzanne Laval ont été intégrées dans le premier contrat financé par la Commission européenne pour stimuler les échanges scientifiques et techniques. Ce sont les débuts de l’optique guidée sur silicium.

• 19 BUDIN, JP; BOULMER, J; DEBARRE, D, Laser-assisted processes in the microelectronic industry, Thin S (...)

25Conscients du nécessaire renouvellement des thématiques du laboratoire, un ambitieux programme sur les technologies assistées par laser, pour la microélectronique, est proposé en 198519 et trouve son développement avec l’arrivée de Jean-Pierre Budin au laboratoire en 1986, rejoint par Jacques Boulmer après le départ pour l’École polytechnique de l’équipe « Électronique dans les gaz » de J-C. Gauthier.

• 20 J-M. LOURTIOZ, L. CHUSSEAU, N. STELMAKH, "Picosecond and subpicosecond pulse generation in semicond (...)
• 21 DD. YANG, FH. JULIEN, JM. LOURTIOZ, P. BOUCAUD, R. PLANEL, 1st demonstration of room-temperature in (...)

26La dynamique des lasers à semi-conducteurs étudiée dans le groupe de Jean-Michel Lourtioz a conduit à un record mondial dans la génération d’impulsions ultra-brèves (160 fs) à partir d’une diode laser20. Les premières structures à puits quantiques dans les semi-conducteurs III-V, à base d’arséniure de gallium ou de phosphure d’indium, ont donné lieu à une abondante littérature et l’IEF a lancé des études dans ce domaine21.

• 22 BITTOUN, J; TAQUIN, J; SAUZADE, M , A computer algorithm for the simulation of any nuclear magnetic (...)

27Les travaux en instrumentation RMN initiés par M. Sauzade se sont orientés vers l’imagerie22 et les premières images en microscopie RMN ont été observées en 1986. Un imageur de grande dimension (« corps entier ») a été mis en place et la société Magnétech a été créée pour la commercialisation des imageurs médicaux. Malgré les excellentes performances obtenues pour un coût limité, ce projet a été desservi par une rivalité sous-jacente avec le CEA ; les autorisations de mise sur le marché n’ont pas été délivrées par le gouvernement, qui a privilégié les importations de matériel de General Electrics.

• 23 parmi lesquelles la médaille d’argent du CNRS à Jean-Pierre Renard et le prix Esclangon à Luc Darra (...)

34La qualité des travaux menés a été reconnue dès le début des années 1990 par une série de distinctions23. Le nombre de doctorants s’est rapidement accru, de 53 en 1989 à 90 en 1994, mais les années suivantes sont marquées par une relative désaffection des étudiants. En 1996, le départ du groupe d’Imagerie par Résonance Magnétique pour la création du Laboratoire U2R2M (Unité de recherche en résonance magnétique médicale) fait chuter les effectifs d’une trentaine de personnes. Le nombre de doctorants se stabilise autour de la cinquantaine à la fin des années 1990 jusqu’au début des années 2000 pour remonter vers 70-80 dans les dernières années. La possibilité de financement sur les contrats de l’Agence nationale pour la recherche en facilite le recrutement. Simultanément le nombre d’enseignants-chercheurs augmente légèrement et surtout un nombre croissant de personnels temporaires (CDD, post-doctorants) vient renforcer les activités du laboratoire. L’effectif global passe ainsi d’environ 170 personnes en 1996 à 250 en 2012.

• 24 Centre d'études et d'enseignement des techniques avancées de microélectronique.

35Avec la création du Ceetam24, les liens avec l’université se sont resserrés et les actions de formations initiales et continues se sont développées. L’université a proposé en 1992 un projet de nouveau bâtiment pour disposer d’un meilleur environnement de travail, en particulier dans le domaine de la microélectronique et des microsystèmes avec de nouvelles installations en salles blanches. Après une étude menée dans un excellent esprit de coopération au niveau du laboratoire, en 1993 les plans détaillés étaient établis, mais malheureusement le changement de doyen de l’université a signé l’abandon de ce projet.

• 25 P. Boucaud, C. Guedj, D. Bouchier, et al., Optical properties of bulk and multi-quantum well SiGe:C (...)
• 26 P. Dollfus, S. Galdin, ME. Arbey, ME et al., Study of uniform and graded SiGe channel heterojunctio (...)
• 27 J-M. Lourtioz, H. Benisty, V. Berger, J-M. Gérard, D. Maystre, A. Tchelnokov, "Photonics Crystals" (...)

40Une grande partie des recherches porte naturellement sur les dispositifs semiconducteurs, mettant à profit les installations technologiques de la CTU. Les dimensions très submicroniques des structures, réalisées entre autres en SiGeC au laboratoire25, se prêtent à l’étude des effets quantiques et ouvrent des perspectives pour de nouveaux types de transistors26. Des modèles sophistiqués sont développés pour appréhender les mécanismes physiques dans ce type de dispositifs futuristes. La mise en œuvre de cristaux photoniques27, structures périodiques à l’échelle submicronique, est une source immense de nouvelles applications.

• 28 S. LAVAL, Optical interconnects: the challenge, C.R. Acad. Sci. Paris, 1, série IV, pp. 941-949 (20 (...)
• 29 L. Vivien, J.Osmond, J-M. Fédéli, D. Marris-Morini, P. Crozat, J-F. Damlencourt, E. Cassan, Y. Lecu (...)
• 30 D. Marris-Morini, L. Vivien, J-M. Fédéli, E. Cassan, P. Lyan, S. Laval, Low loss and high speed sil (...)

41L’IEF a été réellement précurseur dans le domaine de la microphotonique sur silicium qui a connu au cours des dernières années un essor remarquable au niveau international, entraîné par l’intérêt porté à ce domaine par Intel et IBM28. Plusieurs start-up ont été créées aux États-Unis pour valoriser les progrès dans ce domaine. Certains aspects développés à l’IEF ont été brevetés et les résultats obtenus par Laurent Vivien et Delphine Marris, en collaboration avec le CEA/LETI, sur des détecteurs en germanium29 et des modulateurs haute fréquence intégrés sur silicium30 n’ont rien à envier à ceux des grandes firmes.

• 31 I. Lyuboshenko, A. Bosseboeuf, A new technique for 3D profilometry of MEMS, Proceedings of the Soci (...)
• 32 J-O. Klein, E. Belhaire, C. Chappert, R. Cowburn, D. Read, D. Petit, "Synthesis methodology for mag (...)

42Les activités sur les microsystèmes se sont concentrées sur des micro-résonateurs et des microcapteurs et leur intégration sur silicium. Le contrôle de ces dispositifs a bénéficié du développement d’instrumentation de mesure adaptée31. Un profilomètre-vibromètre a été valorisé par l’intermédiaire d’une PME, Fogale-Nanotech. Des efforts ont été faits pour inclure l’électronique de commande dans la conception des microsystèmes, mettant à profit les compétences en architecture des systèmes. Ces compétences ont également été exploitées pour des réflexions sur les architectures de circuits à base de mémoires magnétiques32 et pour l’étude de systèmes complexes embarqués.