La photonique, c’est quoi ?
AU COMMENCEMENT,
IL Y A LA LUMIÈRE…
À la fois science et technologie de la lumière, la photonique regroupe toutes les applications industrielles liées au spectre lumineux, visible ou invisible, allant de l’infrarouge aux rayons X.
De la même manière que l’électronique utilise les électrons, la photonique, elle, travaille sur les photons, autrement dit les particules de lumière.
Et c’est en apprenant à maîtriser les photons que les professionnels de la photonique sont aujourd’hui capables de produire, manipuler et transmettre la lumière de multiples manières.
Lasers, fibres optiques, capteurs, éclairages… la photonique est partout.
Que ce soit pour communiquer, voyager, se soigner, habiter, se nourrir, ou protéger l’environnement… les acteurs de la photonique imaginent et développent des solutions innovantes dans tous les domaines de notre quotidien.
ET LA SCIENCE DE LA LUMIÈRE
DEVIENT LA PHOTONIQUE
D’abord centrée sur l’optique (lentilles, caméras…), la science de la lumière s’est développée en multipliant les découvertes. En réussissant à générer, émettre, détecter, collecter, transmettre, amplifier ou moduler les photons, son champ d’action s’est considérablement étendu. Il concerne maintenant les lasers, la fibre optique, la réalité augmentée, la réalité virtuelle, les LEDs, les rayonnements X et UV ou encore les capteurs. Et cette science s’appelle aujourd’hui la photonique.
DEPUIS TOUJOURS,
NOUS UTILISONS LA PHOTONIQUE…
SANS LE SAVOIR !
Comprendre la lumière pour mieux la domestiquer
La photonique est une technologie millénaire. Dès l’Antiquité, les savants comme Archimède cherchent à percer les secrets de la lumière. La légende des miroirs ardents prête ainsi au scientifique grec un succès prodigieux dans la défense de Syracuse, grâce à son procédé de miroirs géants capables de concentrer les rayons du soleil pour enflammer les voiles des navires romains.
Au Moyen-Âge, en étudiant d’abord l’oeil humain et ses capacités de réception et de réfraction, les chercheurs étudient en fait le tout premier capteur.
Puis, au cours des siècles, les avancées scientifiques se multiplient, notamment en optique. Au fil du temps, les travaux de Galilée, Newton, Descartes, Kepler et bien d’autres vont permettre de comprendre comment capter, émettre et transmettre la lumière.
Toutes ces recherches vont contribuer à développer la photonique, une science révolutionnaire qui a donné naissance à de nombreuses inventions et à d’innombrables applications, devenues aujourd’hui indispensables.
Sans photonique, pas de lunettes, de télescope, de lampes, de TV, d’ordinateurs, de smartphones, de code-barres ou de fibre optique !
Une technologie « discrète » et pourtant omniprésente
On ne s’en rend pas toujours compte mais, tous les jours, nous utilisons la photonique.
Par exemple, lorsque l’on utilise l’écran tactile, la caméra ou le flash de nos smartphones pour faire un selfie ou envoyer un sms. Lorsque nous utilisons internet, les données que nous échangeons sont transformées en photons et voyagent dans des fibres optiques à la vitesse de la lumière.
Nos maisons aussi regorgent de composants photoniques. Souvent invisibles, beaucoup sont intégrés dans les objets connectés. Ce sont à la fois les variateurs d’éclairage, les capteurs des lave-linges, des aspirateurs ou les diodes électroluminescentes d’un écran plat.
Et c’est pareil à bord de nos voitures : phares, capteurs d’obstacles ou écran de navigation, là encore les applications de la photonique sont nombreuses.
LA PHOTONIQUE,
UNE INFINITÉ
D’APPLICATIONS
Au-delà de nos usages personnels, la polyvalence de la photonique la rend indispensable à de nombreux secteurs : transports, médecine, industrie, éducation, communications, culture, défense-sécurité, environnement et plein d’autres…
Pourquoi ? Parce qu’elle peut accomplir des fonctions différentes sous des formes variées. Selon les besoins, elle va ainsi utiliser les propriétés d’émission, de réception ou de transmission de la lumière.
Parmi les plus spectaculaires, il y a évidemment les lasers. Ils couvrent une large gamme de rayonnements allant des rayons X et UV à l’infrarouge, en passant bien sûr par la lumière visible.
Capables d’amplifier la lumière et de la rassembler en un étroit faisceau, ils sont extrêmement directionnels et précis. Et forcément utiles dans plein de domaines :
- En médecine avec la chirurgie de l’oeil : le laser est un bistouri ultra précis qui évite le contact physique et donc le risque d’infection.
- Dans l’industrie (automobile, aéronautique, télécom…) : les lasers permettent de marquer et de découper des pièces dans des matériaux différents sur des surfaces très fines ou de réaliser des soudures automatisées sans ajout de métal.
- Dans le domaine des arts, ils offrent des possibilités infinies, mêlant projections géantes, jeux de lumière et création graphique.
- Quant aux rayonnements UV (ultraviolets), ils permettent aussi bien d’éliminer des bactéries dans l’eau, que de soigner des maladies cutanées.
Ce sont notamment tous les appareils d’optique que l’on retrouve dans les caméras, lentilles ou encore casques de réalité virtuelle… et que l’on utilise par exemple dans la réalité augmentée pour jouer virtuellement, concevoir de futurs bâtiments et même réaliser des fouilles archéologiques sans risque d’endommager le site.
Sans doute parmi les plus connus, les fibres optiques conduisent la lumière. Elles sont utilisées à la fois pour communiquer (internet, 5G…), réaliser un examen médical (endoscopie…) ou assurer de la vidéo-protection.
Et dans les panneaux solaires, ce sont les cellules photovoltaïques qui transmettent l’énergie des photons du soleil aux électrons pour la transformer en électricité.
LA PHOTONIQUE,
UNE RÉVOLUTION AU SERVICE
DE L’HUMAIN ET DE LA SOCIÉTÉ
Des avancées technologiques majeures qui changent la vie
À la fois performante et innovante grâce à ses technologies de pointe, la photonique développe des savoir-faire qui contribuent non seulement à améliorer notre vie au quotidien mais aussi à réinventer notre avenir. Dans un secteur au potentiel illimité, la photonique crée aujourd’hui les solutions capables de répondre aux grands enjeux sociétaux de demain.
Préserver les ressources de la planète en temps réel : c’est possible !
Parce que l’on peut analyser en temps réel les ressources d’une matière première sans recourir à des prélèvements d’échantillons, grâce à la photonique on met fin aux extractions inutiles.
Un tableau numérique interactif sans tableau : c’est possible !
La photonique dans l’éducation permet le travail collaboratif interactif partout, tout le temps. Grâce à un projecteur « intelligent », toutes les surfaces deviennent tactiles et les murs, les tables ou les bureaux se transforment en tablettes géantes.
Lutter sans produit chimique contre les virus et les bactéries : c’est possible !
Dans le domaine de la santé ou de l’agro-alimentaire, la photonique permet de décontaminer l’air et les surfaces par traitement UV. Une technologie fort utile en cas de pandémie, comme celle du COVID 19.
Détecter plus rapidement les facteurs de risques des
cancers ou de la maladie d’Alzheimer : c’est possible !
En médecine, la photonique permet de mieux cibler et combiner la recherche de cellules endommagées sans recourir à une multitude d’examens séparés parfois invasifs.
Imprimer des tissus humains : c’est possible !
Grâce à la bio-impression 4D par laser, on sait aujourd’hui produire un substitut de la peau humaine. Et demain, on pourra peut-être l’implanter directement sur l’homme pour soigner les brûlures ou les plaies chroniques.
Voir sur Mars et se guider dans l’espace : c’est possible !
Aujourd’hui, le rover Perseverance peut analyser la composition du sol martien grâce aux lasers de sa SuperCam, des yeux photoniques made in France. Et ce sont aussi les lasers qui ont permis l’amarrage autonome de la cabine SpaceX à l’ISS, la Station Spatiale Internationale.
Une recherche disruptive pour un meilleur futur
Grâce à sa recherche fondamentale, la photonique renouvelle et transforme notre rapport au monde.
Pourquoi ?
Parce qu’elle prend en charge de multiples aspects de nos activités et soulage l’humain de nombreuses contraintes.
Parce qu’elle nous offre aussi l’opportunité de repenser et adapter nos modes de production et de consommation dans de nombreux domaines.
En résumé, ce qui n’était pas imaginable hier est aujourd’hui possible.
Par exemple, dans le domaine agricole, le monitoring du bétail comme le phénotypage des plantes sont autant d’applications pour une agriculture de précision, respectueuse du bien-être animal, durable et performante. Grâce à la photonique, des robots et des drones peuvent en effet prédire des rendements, détecter des maladies, sélectionner des espèces ou contrôler la maturité des récoltes.
C’est simple et c’est éco-responsable : en utilisant les rayonnements UV déployés sur des parcelles agricoles au moyen d’un drone, on évite l’utilisation de pesticides et de dizaines d’heures d’épandage en tracteur. Un progrès pour la planète, pour les exploitants et pour nous.
Dans les transports aussi la photonique contribue au changement.
Bientôt les véhicules autonomes transformeront notre rapport à la conduite et à la mobilité. Grâce aux lasers de détection LIDARS la voiture se dirige elle-même. Avec plus de confort et de sécurité, le conducteur devient un passager comme les autres.
Et l’une des promesses les plus révolutionnaires de la recherche fondamentale en photonique : c’est l’informatique quantique.
Bientôt, les ordinateurs quantiques ou super ordinateurs, offriront des possibilités de calculs telles que des solutions hier inconcevables sont en passe de devenir une réalité.
C’est simple. Prenons un labyrinthe : là où un ordinateur classique ne peut suivre qu’un chemin à la fois, un ordinateur quantique les explore tous simultanément.
Un gain de temps phénoménal permettant des avancées dans de nombreux domaines :
Mais bien sûr, pas de progrès informatiques de cette ampleur sans évolution de la cyber-sécurité. Toutes ces avancées nécessitent en parallèle de concevoir une défense adaptée, notamment par le développement d’algorithmes « à sécurité quantique », c’est-à-dire un nouveau cryptage capable de résister aux attaques de ces futurs ordinateurs.