Photoniques 115

N°115
LA LUMIÈRE ET SES APPLICATIONS
OSEZ L'OPTIQUE
EXPÉRIENCE
COMPRENDRE
ACHETER
Smartphonique
& Photonique
Complémentarité
onde-particule
Plasmons polaritons
de surface
Hexapodes
de positionnement
DOSSIER
PHOTONIQUE
& MOBILITÉ
• Perception LiDAR 3D pour l’aide
à la conduite autonome
• La nanophotonique : des solutions
pour des systèmes de visualisation
améliorés et compactés
• Les métasurfaces optiques
pour les LiDARs à large champ
et à haute cadence d’imagerie
France/EU : 19 € Reste du monde : 25 €

Éditorial
Photoniques est éditée par
la Société Française de Physique,
association loi 1901 reconnue
d’utilité publique par décret
du 15 janvier 1881 et déclarée
en préfecture de Paris.
https://www.sfpnet.fr/
Siège social : 33 rue Croulebarbe,
75013 Paris, France
Tél. : +33(0)1 44 08 67 10
CPPAP : 0124 W 93286
ISSN : 1629-4475, e-ISSN : 2269-8418
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Le contenu rédactionnel
de Photoniques
est élaboré sous
la direction scientifique
de la Société française d’optique
2 avenue Augustin Fresnel
91127 Palaiseau Cedex, France
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florence.haddouche@institutoptique.fr
Directeur de publication
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de la Société Française de Physique
Rédaction
Rédacteur en chef
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nicolas.bonod@edpsciences.org
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Comité de rédaction
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(Université de Paris), Céline Fiorini-
Debuisschert (CEA), Riad Haidar (Onera),
Patrice Le Boudec (IDIL Fibres Optiques),
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François Piuzzi (Société Française de
Physique), Marie-Claire Schanne-Klein
(École polytechnique), Christophe
Simon-Boisson (Thales LAS France),
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Impression
Fabrègue imprimeur
B.P. 10
87500 Saint-Yrieix la Perche
Dépôt légal : Août 2022
Routage : STAMP (95)
Mobilité et créativité
Durant les Années folles, dans
une rue de New York baignée
par les phares des véhicules
et les enseignes lumineuses, un étudiant,
Edwin Land, réfléchit au problème
de l’éblouissement provoqué
par les véhicules roulant en sens opposé.
Cette question l’anime depuis ses
13 ans lorsque, durant un camp d’été,
il découvrit l’effet d’un prisme de Nicol
sur la réduction des reflets lumineux.
E. Land pense que la solution se trouve
dans la polarisation de la lumière et
imagine un dispositif dédié. Le principe
? Recouvrir les phares et les
pare-brises de films polarisants avec
une orientation de 45° par rapport à
l’horizontale. L’idée est simple mais
terriblement efficace puisqu’elle permet
de recevoir la lumière émise par
son véhicule et qui est rétrodiffusée
par l’environnement tout en bloquant
celle émise par les véhicules roulant
en sens opposé. Restait toutefois à
concevoir ces films minces, ce qui ne
fût pas une mince affaire, mais fût à
l’origine d’un formidable développement
technologique basé sur la synthèse
de microcristaux d'hérapathite
et, surtout, sur leur intégration dans
un film plastique avec une orientation
contrôlée. La méthode est un succès.
Le brevet est déposé en 1929 et Land
créa une entreprise pour commercialiser
ces films. Son nom provient
de la contraction de polarization et
ovoid… Vous l’avez reconnue, l’entreprise
qui allait révolutionner dans les
décennies suivantes la photographie à
NICOLAS BONOD
Rédacteur en chef
développement instantanée était née.
Un siècle plus tard, l’automobile est
plus que jamais source d’innovation
pour la photonique. Afficheur tête
haute, réalité augmentée, écran holographique,
phare adaptatif haute
résolution, LIDAR sont parmi les innovations
photoniques qui s’imposent
dans les tout derniers véhicules. Ces
innovations trouvent d’ailleurs des
applications dans d’autres formes de
mobilité et d’autres domaines applicatifs.
C’est la raison pour laquelle
le dossier thématique de ce numéro
est consacré aux innovations photoniques
développées dans le cadre de
la mobilité. Les transports et déplacements
connaissent des grandes évolutions
qui seront sources de créativité
et d’innovation pour la photonique.
Sur le thème du déplacement, s’il est
bien un instrument optique qui a fait
preuve de mobilité, c’est le télescope
spatial James Webb. Imaginez, 1.5 millions
de kilomètres pour rejoindre depuis
Kourou son orbite autour du point
de Lagrange L2. La révélation les 11 et
12 juillet des premières images prises
par ce télescope a été un événement
scientifique majeur, offrant un regard
nouveau sur l’univers lointain. Nous
aurons l’occasion dans les prochains
numéros de la revue de revenir sur
ce projet colossal qu’est le JWST et
plus généralement sur le rôle clé de
l’instrumentation optique et des technologies
photoniques dans l’observation
spatiale.
Je vous souhaite une bonne lecture.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 01

Sommaire
www.photoniques.com N° 115
13
LES PRIX
SFO 2022
ACTUALITÉS
03 Éditorial et actualité de la SFO
06 Informations partenaires
13 Les prix SFO 2022
15 Mots-croisés sur le thème du LIDAR
ENTRETIEN
18 Ariel Levenson, président de la SFO
OSEZ L'OPTIQUE
19 La smartphonique
au service de la photonique
28
Perception LiDAR
3D pour l’aide à la
conduite autonome
46
Plasmons
polaritons
de surface
EXPÉRIENCE MARQUANTE
23 Expérience à choix retardé de Wheeler
et complémentarité onde-particule
DOSSIER : PHOTONIQUE & MOBILITÉ
28 Perception LiDAR 3D pour l’aide
à la conduite autonome
34 La nanophotonique : des solutions
pour des systèmes de visualisation
améliorés et compactés
41 Les métasurfaces optiques
pour les LiDARs à large champ
et à haute cadence d’imagerie
COMPRENDRE
46 Plasmons polaritons de surface
ACHETER
51 Hexapodes de positionnement de précision
PRODUITS
57 Nouveautés
Annonceurs
Aerotech .............................................. 53
ARDOP .................................................. 45
Comsol ................................................. 21
ECOC ..................................................... 49
EDP Sciences .............. 43, II e de couv.
EPIC ..................................... IV e de couv.
HTDS ..................................................... 27
Laser Components ........................... 33
MKS ....................................................... 31
Optatec................................................. 29
Opton Laser ................................. 15, 47
Phasics ................................................. 25
Pro-Lite ................................................ 39
Spectrogon ......................................... 37
Spectros ............................................... 13
SPIE ....................................................... 35
Symétrie .............................................. 51
Trioptics ............................................... 55
Crédit photo (couverture) : © iStockPhoto
02 www.photoniques.com I Photoniques 115

L'édito de la SFO
ARIEL LEVENSON
Président de la SFO
OPTIQUE Nice 2022, SFO la Bella,
un succès et bien plus !
630 participants ! Ce sera mon seul indicateur
chiffré. Nous aurons l’occasion de présenter un
bilan complet. Pour le reste, voici un Edito aussi
personnel et subjectif que sincère, en me cantonnant
à mon ressenti, … un plaisir immense.
Quelle effervescence permanente ! Quelle qualité
d’échanges scientifiques ! Quelle ambiance amicale !
OPTIQUE Nice 2022 a encore passé un cap, avec
une diversité élargie grâce à la présence de nouveaux
participants, notamment des professeurs du secondaire,
des inspecteurs d’académie, une augmentation
du nombre des porteurs de start-up et d’exposants
industriels et une place toute particulière donnée et
surtout prise par nos jeunes. Sans oublier la venue du
Scientibus de nos amis Limougeauds.
Que serait OPTIQUE, que serait la SFO, sans nos
Clubs ? et que seraient nos Clubs sans la mobilisation et
l’enthousiasme de leurs présidents et de la centaine de
membres académiques et industriels de leurs comités
scientifiques. Vous êtes le cœur qui bat de notre SFO.
Le programme scientifique a été un succès grâce à
vous ! Il a illustré d’une manière éloquente la vitalité
et l’excellence de notre communauté académique et
industrielle de l’optique et la photonique, tant et si bien
qu’à de nombreuses occasions l’on avait, j’ai eu, du mal
à choisir entre deux sessions parallèles.
J‘ai été ravi du protagonisme accru de nos commissions,
Enseignement, Réussir la Parité en Optique et
Optique-Physique Sans Frontière, pour la première
fois présentes toutes les trois. Je remercie les collègues
pour leur temps et leur passion communicative et me
réjouis que nombre de ces actions soient réalisées en
synergie avec la Société Française de Physique. Nos
trois commissions se complètent efficacement pour
qu’inclusion, diversité et diffusion des savoirs, soient
des actions et des réalités, bien au-delà d’une devise.
OPTIQUE Nice 2022 rentre dans notre histoire également
parce que l’Assemblée Générale exceptionnelle
a approuvé nos nouveaux statuts en conformité avec
les exigences pour obtenir le label d’ Association
Reconnue d’Utilité Publique. Grâce à votre soutien
une nouvelle étape essentielle a été franchie et les
conditions sont désormais réunies pour officialiser
la demande.
Je tiens à remercier nos différents soutiens, en
commençant par l’Université Côte d’Azur, l’INPHYNI
et l’ensemble de laboratoires et de structures azuréens
d’optique, ainsi que tous les sponsors académiques et
industriels avec une mention spéciale pour la fondation
IXCORE.
Un remerciement chaleureux et sincère à notre
grand chairman Sébastien Tanzilli et à l’ensemble
des membres du comité local, dont la mobilisation,
la bienveillance et l’efficacité ont été exemplaires! Un
remerciement bien mérité à notre secrétaire générale,
Florence Haddouche, qui s’est démultipliée pour
contribuer au succès du congrès.
Il me semble qu’il y a désormais une strophe manquante
dans Nissa la Bella. Voici une modeste mais
enthousiaste proposition,
Canterei la Ouptica
Li cristaux, lou non-linéaire
Lou vivant e la nanofotonica,
Lou guidé, lou laser
Canterei la imagerie, la tiéu diversita
Doun naisson li fotons,
Lou quantique, li ondes,
E sieu beu ourizon !
Viva Viva SFO la Bella !
Photoniquement vôtre
Ariel Levenson
Directeur de recherche CNRS
Président de la SFO
Photoniques 115 I www.photoniques.com 03

ACTUALITÉS
www.sfoptique.org
Deux écoles thématiques de la SFO en 2023
aux Houches
OPTIQUE Nice 2022
www.sfoptique.org
L’école de Physique des Houches accueille en 2023 deux écoles thématiques de la Société
Française d’Optique. Ce lieu a contribué significativement au développement et à l'histoire
de la physique.
https://www.sfoptique.org/pages/sfo/ecoles-thematiques/
Les cérémonies des prix en l'honneur
du Grand Prix Léon Brillouin, Fabry – de
Gramont et le prix emblématique Jean
Jerphagnon organisées à Nice en présence
d’Hervé LEFEVRE, le représentant
d’IXCORE et la famille Jean Jerphagnon.
Bravo Sophie pour ce
parcours d’excellence !
Sophie BRASSELET, Grand Prix
Léon Brillouin 2022
Le président du jury et président
de la SFO, Ariel LEVENSON, a
félicité Sophie pour ce parcours
d’excellence. Voir l’article page (13)
• Patrice GENEVET,
lauréat du Prix Fabry –
de Gramont 2021
• Rémy BRAIVE,
lauréat du Prix Fabry –
de Gramont 2022
Le président du jury Arnaud
BRIGNON, a félicité Patrice et
Rémy pour leurs contributions
amplement mérités. Voir l’article
détaillé page (14).
Bravo Kate pour ce
prix emblématique !
Prix Jean Jerphagnon 2022 :
pour améliorer l’imagerie de l’œil,
Kate GRIEVE prend les bonnes
résolutions !
Le président du jury Alain ASPECT,
a félicité la lauréate Kate GRIEVE
et nos chers finalistes Fabrice
RAINERI, Niccolo SOMASCHI et
Jérôme MICHON pour l’excellence
de leurs travaux. Voir l’article
détaillé page (15)
L’École de Physique des Houches a été fondée en 1951 par la physicienne Cécile DeWitt-
Morette. L’objectif de cette école est de proposer non seulement une formation de qualité
sur la physique et l’optique contemporaine mais aussi de créer un cadre idyllique propice
à la réflexion. En dehors des cours, les partages informels d’idées durant les repas ou les
randonnées en montagne sont à l’origine de nouvelles pistes d’exploration, de collaborations
fructueuses et d’importantes avancées scientifiques. On recense officiellement,
une cinquantaine de prix Nobel et plusieurs médailles Fields parmi les enseignants et les
étudiants qui ont contribué à la réputation internationale de l’Ecole de Physique. Certains
jeunes élèves de l’École sont devenus d’illustres scientifiques, comme Pierre Gilles De
Gennes, Claude Cohen Tannoudji et Françoise Combe, et ont à leur tour fait bénéficier de
leur savoir les étudiants et étudiantes de l’École de Physique
SFO 2023 - Optomécanique & NanophoNonique
École de Physique des Houches, du 17 au 28 Avril 2023
L'interaction photon-phonon est un champ de la physique en plein expansion depuis près
de 25 ans. Initialement ce domaine a émergé pour répondre à des questions fondamentales
sur les mesures quantiques et étendre ces principes à des objets macroscopiques. Encore
aujourd'hui, ces questionnements sont d'actualité mais sont également à la base de nouvelles
études dans de nombreuses équipes en Europe et à l'international. Ainsi ces questionnements
nourrissent de nombreuses challenges à la fois fondamentaux et technologiques.
PORTEURS DE PROJET :
Rémy BRAIVE (C2N / Université de Paris),
Daniel LANZILLOTTI-KIMURA (C2N / CNRS).
SFO 2023 - Waves in Complex Media
École de Physique des Houches, du 17 au 29 septembre 2023
Cette école s’inscrit dans le cadre de l’effervescence actuelle liée à la physique des ondes
dans les milieux complexes.
Cette thématique couvre non seulement l’optique, les ondes radios, mais également l’acoustique
(ondes sonores, ultrasonores, sismiques) et même les ondes de matière. En optique, elle
est particulièrement importante pour de nombreuses applications : imagerie biomédicale,
photonique, milieux bio-inspirés ou optique atomique pour ne citer que quelques exemples.
L’essor récent de ces applications est néanmoins indissociable de très riches développements
en physique fondamentale : le transport cohérent et la localisation d’Anderson, les effets
coopératifs, la théorie des matrices aléatoires, sont des domaines où les progrès récents ont
ouvert de nouveaux champs d’applications inimaginables il y a encore quelques années.
PORTEURS DE PROJET :
Sylvain GIGAN (Laboratoire Kastler-Brossel),
Nicolas CHERRORET (Laboratoire Kastler-Brossel),
Alexandre AUBRY (Institut Langevin Ondes et Images).
04 www.photoniques.com I Photoniques 115

INFORMATIONS PARTENAIRES
www.photonics-bretagne.com
ACTUALITÉS
Bilan très positif
à l’Assemblée Générale de Photonics Bretagne
Le 21 juin se tenait l’Assemblée
Générale de Photonics Bretagne
à Pleumeur-Bodou auprès de 82
participants, adhérents, partenaires
et financeurs. Le point a été fait sur
une année 2021 très riche et satisfaisante
avec notamment la signature
d’un accord de distribution exclusif
avec iXblue Photonics, une activité de
formation continue en photonique en forte croissance, l’arrivée d’un tout premier
doctorant, et bien-sûr l’obtention de la certification ISO9001. Les développements
de la plateforme technologique ne sont pas en reste et se poursuivent depuis début
2022, que ce soit en biophotonique ou fibres & composants, en particulier via de
nombreux projets collaboratifs. L’accent était mis cette année sur la Défense avec
deux conférences de la DGA - Direction Générale de l'Armement - qui portaient
sur le métier technique optronique d’une part, et sur Le Pôle Innovation Défense
BINGO (Bretagne Innovation Grand Ouest) d’autre part. L’après-midi, après un
cocktail déjeunatoire laissant place à un moment de réseautage toujours aussi
apprécié, les participants ont pu assister à différents pitchs adhérents : ENSSAT,
KERDRY, HEIDENHAIN, PHOTON LINES, WAINVAM-E, et OPTOSIGMA.
4 nouveaux adhérents : bienvenue à eux !
Photonics Bretagne est ravi d’accueillir HEIDENHAIN, ORANGE, SOMOS, et
WAINVAM-E parmi ses 115 adhérents.
PHOTONICS BRETAGNE FORME
LES SALARIÉS DE LUMIBIRD
L’activité de formation continue de Photonics
Bretagne fait échos aux besoins de multiples entreprises
dans le secteur de la photonique, à commencer
par Lumibird. En juin et juillet derniers, 24 de leurs
salariés - opérateurs de production, techniciens SAV,
et ingénieurs du service industrialisation - ont suivi
une formation sur-mesure dédiée aux technologies
lasers à fibre. L’objectif était de leur apporter un socle
de connaissances commun en optique et photonique afin de les aider à mieux appréhender
leur métier, les éventuels problèmes rencontrés, l’analyse et la résolution de
ceux-ci. Pour appuyer la théorie, des travaux pratiques ont eu lieu sur les fonctions
optiques des composants fibrés utilisés dans le montage de systèmes lasers, ainsi que
sur la polarisation, les fibres à maintien de polarisation, et la mesure des paramètres qui
leur sont liés. Par ailleurs, d’autres TP sur certains bancs de caractérisation de Lumibird
sont venus parfaire la formation. D’autres entreprises lannionnaises ont d’ores et déjà
également programmé la formation de leurs futurs collaborateurs auprès de Photonics
Bretagne pour la rentrée et le dernier trimestre 2022…
RIBLETS :
2 nd projet lancé entre
la Bretagne et la Wallonie
Issu des actions liées au projet Interreg
Europe STEPHANIE, ce nouveau projet a
pour objectif de développer une plateforme
laser modulaire pour la fabrication de
Riblets. Ces très fines rayures de quelques
centièmes de millimètres tracées sur les ailes
des avions réduisent leurs frottements dans
l'air et diminuent donc la consommation de
carburant. Nécessitant un investissement
total de 2,3 millions d’euros financé en partie
par des collectivités locales des deux régions,
le projet regroupe deux partenaires
bretons, Cailabs et Photonics Bretagne,
et 3 wallons, Multitel, Lasea et GDTech.
Photonics Bretagne
à Optique Nice
Photonics Bretagne exposait au congrès français
Optique Nice organisé par SFO, début juillet.
L’occasion de mettre en avant deux de ses
dernières innovations : ses fibres optiques aux
revêtements métalliques pour des environnements
sévères, et son imageur hyperspectral
mono-pixel ONE-PIX. Ce dernier a d’ailleurs
été présenté lors d’une conférence et a suscité
beaucoup d’intérêt lors de la session poster
où il était possible d’avoir une démonstration
produit du kit. La spectroscopie moyen
infrarouge déportée à base de fibres creuses
anti-résonnantes a également fait l’objet d’un
poster (Projet SMOGLESS), réalisé en commun
avec l'Institut Foton, IDIL Fibres Optiques et
SOURIAU by Eaton.
AGENDA
OFS
29 août - 2 septembre 2022,
Alexandria (Etats-Unis)
SPACE
13-15 septembre 2022, Rennes
ECOC
18-22 septembre 2022, Bâle (Suisse)
Photonics West
31 janvier - 2 février 2023,
San Francisco (Etats-Unis)
Photoniques 115 I www.photoniques.com 05

INFORMATIONS PARTENAIRES
ACTUALITÉS
www.institutoptique.fr
AGENDA
DE LA
FORMATION
CONTINUE
SC3
Comprendre
les sources laser
05/09 au 09/09/2022
EF4
Infrarouge
thermique : principes
20/09 au 23/09/2022
SC10
Acquisition, perception
et traitement d'images
26/09 au 29/09/2022
SC11 Anatomie
d'une caméra infrarouge
04/10 au 07/10/2022
SC6 Interférométrie
optique : principes
et applications
11/10 au 14/10/2022
SC19
Vision industrielle
25/10 au 27/10/2022
SC12
Systèmes optroniques
08/11 au 10/11/2022
et 23/11 au 25/11/2022
EF2
Bases de l'optique
15/11/2022 au 18/11/2022
et 29/11 au 02/12/2022
EF1
L'optique sans calcul
06/12 au 08/12/2022
CO1
Conception optique
de systèmes
d'imagerie avec Zemax®
/OpticStudio - Initiation
06/12 au
09/12/2022 (distanciel)
CO 2 VIS
Conception optique
de systèmes
d'imagerie visible
avec Zemax®
/OpticStudio - Avancé
12/12
au 14/12/2022 (distanciel)
SC8
Holographie :
de la mesure
au display 3D
12/12 au 15/12/2022
Tél. : 01 64 53 32 15
Plus sur :
www.fc.institutoptique.fr
L’Institut d’Optique, terreau fertile
pour les technologies quantiques
Lorsqu’Armand de Gramont expose
son Projet d’un « Institut
d’Optique Appliquée » 1 en
1917, c’est un scientifique s’alarmant
du retard français en optique
qui s’exprime, vantant à demi-mots
le modèle de l’industrie allemande,
où « le physicien Abbe dirigeait les
efforts du verrier Schott et de l’opticien
Zeiss ». Son diagnostic est
clair : « Le mal est venu en optique[…]
du manque de liaison entre le savant
Condensation de l’hélium métastable février 2001
(© : archives personnelles de Denis Boiron)
et le constructeur ; les recherches du laboratoire sont trop souvent inconnues du constructeur
dont le savant, de son côté, connaît mal les besoins[…] ».
De Gramont avait sans nul doute en tête l’optique de précision, sujet dont il a pu s’entretenir
avec Fabry. En cette année 1917, le mot photon n’existait pas encore ; mais la notion de
« quanta », elle, avait été introduite par Planck en 1900. De Gramont aurait-il pu imaginer
que cette jeune « théorie des quantas » serait, pour l’Institut, ses ingénieurs et ses
chercheurs, le terreau fertile d’un dialogue entre la physique fondamentale de la lumière
et l’ingénierie photonique, et sur lequel s’épanouiraient les technologies quantiques ?
Il a certes fallu un peu de temps... C’est en 1975 que l’Institut d’Optique entre dans le vif
du monde quantique, lorsqu’Alain Aspect rejoint les locaux d’Orsay et propose de tester
les inégalités de Bell. Les expériences qui suivront feront de l’Institut le lieu de naissance
de la seconde révolution quantique : parce qu’elles démontrent la réalité de l’intrication
quantique, mais aussi parce qu’elles illustrent la possibilité de manipuler des systèmes
quantiques uniques 2 .
Qu’il soit question de photons (souvent uniques) ou d’atomes (souvent froids), l’Institut
d’Optique est un pionnier du monde quantique : c’est dans son laboratoire que, pour
la première fois, furent réalisées des expériences sur les interférences de photons
uniques 3 ; utilisés des centres colorés du diamant comme source de photons uniques 4 ;
piégés et manipulés des atomes uniques à l’aide de pinces optiques 5 ; distribuées les
premières clés quantiques à variables continues 6 ; fut condensé de l’hélium métastable 7 .
La recherche en laboratoire a aujourd’hui largement rejoint le monde de l’entrepreneuriat,
une dualité qui permet à de nombreux diplômé.e.s de SupOptique de faire valoir leur
formation d’ingénieur.e.s physicien.ne.s. Ainsi, les start-ups quantiques naissantes ont
bien souvent dans leur ADN un petit morceau de l’Institut, que ce soient les racines de
leur technologie, ou l’empreinte de celles et ceux qui y travaillent - voire les ont créées.
On pense aux gravimètres de Muquans, à la distribution de clés de SeQureNet, aux simulateurs
de PasQal, aux capteurs à centres NV de Wainvam, aux sources de photons
uniques de Quandela, aux mémoires de WeLinQ…
Depuis 40 ans, l’Institut d’Optique n’a cessé de poser les jalons conduisant à l’émergence
des technologies quantiques. A n’en pas douter, cette trajectoire exceptionnelle réjouirait
son fondateur Armand de Gramont, qui y verrait l’accomplissement de sa vision d’une
convergence « entre les savants et le reste du monde, entre la Science et l’Industrie, entre
le Laboratoire et l’Usine ».
1
La Nature 2272, 14 avril 1917 ; 2 A. Aspect, P. Grangier, G. Roger, Physical Review Letters 47.7 (1981) ;
3
P. Grangier, G. Roger, A. Aspect, EPL 1.4 (1986) ; 4 R. Brouri, A. Beveratos, J.P. Poizat, P. Grangier,
Optics letters 25(17) (2000) ; 5 N. Schlosser, G. Reymond, I. Protsenko, P. Grangier, Nature 411(6841),
(2001) ; 6 F. Grosshans, G. Van Assche, J. Wenger, R. Brouri, N. J. Cerf, P. Grangier, Nature 421(6920),
(2003); 7 A. Robert, O. Sirjean, A. Browaeys, J. Poupard, S. Nowak, D. Boiron, C.I. Westbrook,
A. Aspect, Science 292(5516) (2001).
06 www.photoniques.com I Photoniques 115

INFORMATIONS PARTENAIRES
www.minalogic.com
ACTUALITÉS
Erasmia Dupenloup
est nommée Déléguée Générale
de Minalogic
Erasmia succède à Jean-Eric Michallet, qui
occupait ce poste depuis octobre 2019.
Informaticienne diplômée de l’INSA
Grenoble, elle a rejoint Minalogic en 2012 en
tant que Directrice du développement des entreprises.
C’est notamment sous son impulsion
que Minalogic s’est imposé comme un acteur
reconnu de l’Open Innovation entre les grands
groupes français et internationaux et les startups,
PME et laboratoires de l’écosystème. Elle
a par ailleurs initié la mise en œuvre d’un partenariat
entre le pôle et la Direction Générale des
Armées (DGA), avec à la clé des actions d’accompagnement
innovation et business, à destination
des entreprises du pôle actives sur le marché de
la défense.
Pour en savoir plus sur ses ambitions pour le pôle : https://www.minalogic.com/
erasmia-dupenloup-est-nommee-deleguee-generale-de-minalogic/
MINALOGIC C’EST :
500 ADHÉRENTS, DONT 430 ENTREPRISES (DONT 95 EN PHOTONIQUE)
740 PROJETS LABELLISÉS ET FINANCÉS DEPUIS 2005
+ DE 10000 RENDEZ-VOUS B2B DEPUIS 2005
LE DÉBUT D’ÉTÉ RICHE
EN ÉVÉNEMENTS
POUR NOS ADHÉRENTS PHOTONICIENS
Les mois de juin et juillet ont été de nouveau
très animés pour nos adhérents, avec
plusieurs évènements organisés et animés
par Minalogic sur le territoire :
• la Soirée d’été de Minalogic, le 23 juin à
Sassenage, à laquelle étaient invités les
adhérents et partenaires du pôle ;
• la table-ronde « Photonics for health –
Industrial applications » dans le cadredes
Sleight Science Events, le 5 juillet
à Saint-Etienne.
Les Conférences PLI 2022, les LETI Innovation
Days et le Forum FOCALES, organisés par nos
partenaires sur le mois de juin, ont permis
une fois de plus de mettre en lumière l’expertise
du territoire en matière de photonique.
Photonics 21 :
un regroupement attendu
pour l’année 2022
Les entreprises et organismes européens
leaders de la filière photonique se sont réunis
à Bruxelles lors du Photonics Partnership
Annual Meeting les 30 juin et 1 er juillet afin de
rédiger les feuilles de route technologiques
utilisées par la Commission Européenne pour
définir les appels à projets européens comme
Horizon Europe. Des groupes de travail ont été
lancés sur plusieurs thématiques, dont celles
de la santé, du manufacturing, de la sécurité,
de l’espace et de la défense, afin de préciser
les tendances et les besoins des industries
associées, à la lumière des grands changements
économiques et sociétaux. La région
Auvergne-Rhône-Alpes était bien représentée
avec la présence des adhérents Lynred, Soitec,
HEF, le CEA-Leti et Minalogic. Les prochaines
réunions se tiendront à l’automne 2022.
Pour en savoir plus :
https://www.photonics21.org/
AGENDA
Journée thématique
Minalogic sur
les technologies quantiques
Le 4 octobre 2022 à Grenoble
Le salon Vision
du 4 au 6 octobre 2022 à Stuttgart
Les « French Photonics Days »
les 20 et 21 octobre 2022
à Saint-Etienne dans le cadre
de la Biennale du Manufacturing
Les Photonics Online Meetings
le 22 novembre 2022, en distanciel
Photonics West 2023,
du 28 janvier au 2 février 2023
à San Francisco
CONTACTEZ MOI
Florent Bouvier
Responsable
Optique Photonique
chez Minalogic
Tél : +33 (0)6 35 03 98 52
Florent.bouvier@minalogic.com
Photoniques 115 I www.photoniques.com 07

INFORMATIONS PARTENAIRES
ACTUALITÉS
www.photonics-france.org
Photonics Online
Meetings : les inscriptions
sont ouvertes
La 5 e édition des Photonics Online Meetings,
événement business virtuel d'envergure
européenne dédié aux technologies photoniques,
se tiendra le 22 novembre 2022.
L'événement réunira les principaux donneurs
d’ordre et fournisseurs de technologies
et de services photoniques. Il sera
rythmé par un riche programme de conférences
et de présentations techniques animées
par des experts.
Pour plus d'informations et pour s'inscrire :
https://onlinemeetings.photonics-france.org/
FRENCH
PHOTONICS DAYS
Photonics France, SupOptique Alumni,
Minalogic et le Cluster Lumière, en partenariat
avec Manutech Sleight et l'Institut d'Optique
G.S. co-organisent la 4ème édition des French
Photonics Days à Saint-Etienne sur le thème
« photonique pour l'Affichage, l'Éclairage et le
Manufacturing ».
Labellisé Biennale du Manufacturing, l’événement
aura lieu les 20 et 21 octobre au Palais
des Congrès de Saint-Étienne.
Pour découvrir le programme et
s’inscrire : https://www.billetweb.fr/
french-photonics-days4
Photonics21 :
retour sur l’Assemblée générale
et les groupes de travail applicatifs
Photonics France a participé
avec 150 partenaires européens
à l’Assemblée Générale de
Photonics21, qui s’est déroulée
à Bruxelles le 30 juin et le 1 er juillet
derniers, pour discuter, entre
autres, des priorités stratégiques
en matière de recherche et développement
dans le cadre du EU
Chips Act et son impact sur l'écosystème de la photonique.
Les sept Groupes de Travail Applicatifs de Photonics21 se sont également réunis
à cette occasion afin de réfléchir à la définition de la feuille de route de la photonique
européenne. Photonics France a coordonné la participation des acteurs
français à ces groupes de travail.
Photonics France appelle les acteurs français à participer à des Groupes de Travail
applicatifs animés par Photonics 21 qui définiront les priorités de la photonique
européenne pour 2024 et 2025. Les travaux qui débuteront cet automne, influeront
la feuille de route 2023 qui dirigera les sujets des appels à projets de la période
entre 2025-2027.
La Fédération propose que les acteurs français se concertent avant les réunions
des groupes de travail de Photonics21 pour pouvoir y apporter plus de poids et
se soutenir mutuellement. Pour cela, nous proposons de monter et d’animer des
groupes de travail identiques à ceux de Photonics21 mais ne regroupant que des
acteurs français.
La mobilisation de chacun est cruciale afin de faire rayonner la photonique française
et renforcer le poids de notre filière auprès des institutions européennes.
Pour plus d’informations et discuter des possibilités de représentation :
Bianca Sobral | bsobral@photonics-france.org
AGENDA
French Photonic Days
20 - 21 octobre 2022, Saint-Etienne
Journées securité optique
et laser (JSOL)
8 - 9 novembre 2022, Bordeaux
Photonics online meetings
20 - 22 novembre 2022, Online
CONTACT PHOTONICS FRANCE
contact@photonics-france.org
www.photonics-france.org
Transfert de technologie :
contribution de Photonics France à la mission d’information
du Sénat
Le Sénat a créé en janvier 2022 une mission d’information sur le thème « Excellence
de la recherche/innovation, pénurie de champions industriels : cherchez l’erreur
française » à l'initiative du groupe Les Indépendants - République et Territoires. Cette
mission a pour objectif d’identifier les faiblesses dans le cadre du transfert de technologie
vers les industries. Actuellement, les filières industrielles ne parviennent pas à
intégrer les découvertes résultant de la recherche scientifique dans leurs chaînes de
production. Ce qui représente un frein pour l’essor de l’industrie en France. Photonics
France a contribué à la mission d'information en témoignant de l’expérience de la
filière photonique dans le domaine du transfert de technologie. Sa contribution
écrite a été retenue par le Sénat et figure sur le rapport final de cette mission d’information
clôturée en avril dernier. Rendez-vous sur notre site, rubrique « Actualités »
pour en savoir.
08 www.photoniques.com I Photoniques 115

INFORMATIONS PARTENAIRES
www.pole-optitec.com
ACTUALITÉS
RETOUR SUR LE WEBINAIRE:
LE FINANCEMENT DE L’INNOVATION
ET DE L’INDUSTRIE
Le pôle OPTITEC et le cabinet de conseil In Extenso Innovation Croissance ont organisé
le 24 mai dernier un webinaire sur la thématique « Le financement de l'innovation et
de l'industrie ».
L’objectif de cette intervention était de vous présenter les opportunités de financement public
à la fois sur la partie innovation et sur la partie de financement des CAPEX industriels
(investissements matériels).
Mr Daniel TAWIL-JAMAULT a présenté In Extenso Innovation Croissance et le partenariat avec
Optitec sur les montages de dossier de financement. Il a exposé un panorama des financements
accessibles en fonction de la maturité technologique et du besoin de financement au
niveau français et européen pour les entreprises innovantes ou industrielles.
Un focus sur les appels à projets en cours a également été réalisé :
• appel à projets eureka-eurostars – capteurs photoniques intégrés,
• appel à projets i-Demo,
• appel à projets première usine.
Plus d’infos sur : www.inextenso-innovation.fr
Retour sur la Journée Business Défense
Le 21 juin dernier, le Cluster PRIMUS Défense & Sécurité, le Pôle
de Compétitivité OPTITEC et la Chambre de Commerce et d'Industrie
de Toulouse Haute-Garonne, ont organisé à Toulouse une journée
thématique « Business Défense ».
La journée a été introduite par
la CCI de Toulouse, le cluster
PRIMUS et le pôle OPTITEC.
La Direction Générale de l'armement
(DGA) a poursuivi en
présentant la politique du ministère
des Armées en faveur
des PME et ETI.
Une table ronde intitulée « La Défense Spatiale du futur » animée par Le
Commandement de l’Espace, AIRBUS Défense et TELESPAZIO France, avait pour
objectif de présenter les enjeux stratégiques de la défense Spatiale dans un contexte
géopolitique tendu.
Le domaine du spatial est en plein essor et les acteurs de la filière ont tout intérêt à
se positionner sur ce secteur et plus particulièrement les entreprises innovantes.
Les participants ont également été sensibilisés par le Ministère des Armées sur
les risques Cyber et les outils mis à leurs dispositions pour s'en protéger avec le
#DiagCyber notamment.
La Maison de la Formation Jacqueline Auriol qui réunit le triptyque Recherche /
Transfert technologique et Innovation / Formation dédié à l’aéronautique a présenté
la plateforme PAD’OCC.
Enfin, un Déjeuner Speed Business est venu clôturer cette journée. Ce format a permis
aux participants de rencontrer jusqu’à 18 personnes durant le repas afin d’établir de
nouveaux contacts & futurs partenariats.
Plus d’infos sur : https://www.pole-optitec.com/news/view/123
Retour sur le salon
Eurosatory
Notre partenaire, le Cluster PRIMUS
Défense & Sécurité, nous a fait l'honneur
de nous accueillir sur son stand
sur le salon Eurosatory qui s'est tenu
du 13 au 17 juin 2022 à Paris.
Lors de ce rendez-vous incontournable,
OPTITEC a présenté le projet
européen EU KETs4Dual-Use 2.0 dont
le Pôle OPTITEC est le coordinateur.
Le salon a également été l'opportunité
de rencontrer les entreprises de la
filière : Magellium
Bertin Technologies, CILAS, DIODON
Drone Technology, ECA GROUP,
EXAVISION, ISP System, NEXVISION,
Noxant, SEDI-ATI Fibres Optiques,
SPHEREA, STid, SYMETRIE, SYT
TECHNOLOGIES et Thales.
Infos : https://www.pole-optitec.com/
news/view/125
AGENDA
Le Business est dans le Pré
« Développement économique
et accélération industrielle »
8 septembre 2022,
Aix-en provence
Après un franc succès lors
de nos 2 dernières éditions,
votre événement inter-réseaux
revient avec une édition spéciale
« Développement économique et
accélération des entreprises ».
Plus d’infos sur : https://www.
eventbrite.fr/e/billets-journeeinter-reseaux-le-business-estdans-le-pre-3eme-edition-
290222843337?aff=erelexpmlt
Webinaire « PME, ETI, Grand
Groupe : Formez les ingénieurs
de demain »
26 septembre 2022 – 10h à 11h
L’objectif de cet évènement
est de préparer le contenu du
nouveau Master photonique
qui intègrera les dernières
tendances : les matériaux pour
la photonique, les télécoms,
les technologies quantiques,
l'instrumentation ainsi que
la métrologie.
Contact: Laetitia Clavé, Chargée
de communication – laetitia.
clave@pole-optitec.com
Photoniques 115 I www.photoniques.com 09

INFORMATIONS PARTENAIRES
ACTUALITÉS
https://systematic-paris-region.org/hubs-enjeux/hub-optics-photonics/
En bref
R&D VISION lauréat
du projet MICADO
« Le projet MICADO conçoit, fabrique et
commercialise un système de maintenance
prédictive d’auscultation précis de la
caténaire, constitué d’appareils de mesure
optique et d’un modèle de traitement des
données en s’appuyant sur les technologies
de stéréovision, de profilométrie,
d’imagerie et d’intelligence artificielle. »
(Source : https://www.ecologie.gouv.fr/
gouvernement-annonce-7-premierslaureats-lappel-manifestation-dinteretami-du-corifer
).
Bravo à eux !
AGENDA
WHAT’S ON chez Karthala
8 septembre 2022, Orsay (91)
Rencontres d'Affaires industrielles,
27 septembre 2022, 09h30-15h00
WHAT’S ON chez HGH Infrarouge,
7 octobre 2022, 9h-11h30, Igny (91)
Photonics Excellence Day,
24 novembre 2022, Institut d’Optique
Graduate School, Palaiseau (91)
CES 2023
à Las Vegas 5 au 8 janvier 2023,
Las Vegas
www.systematic-paris-region.org/
evenements/
[MEILLEURS INVENTEURS FRANÇAIS]
16 entreprises membres
de Systematic sont au palmarès
des meilleurs inventeurs français
du magazine Le Point !
En juin 2022, le magazine aux 3 230 000 lecteurs mensuels,
publie son palmarès des meilleurs inventeurs français.
En France, il est
difficile de voir
sous les lumières
de projecteurs, au sein
du débat public, les inventeurs
d’aujourd’hui.
C’est d’après ce constat
que le magazine a décidé
d’établir la promotion 2022 des innovatrices et innovateurs du Point avec l’aide
d’enseignants, de chercheurs, entrepreneurs, investisseurs et analystes.
« Le Point a décidé de mettre à l’honneur ces esprits anticonformistes qui s’appuient sur
les sciences pour concrétiser leurs rêves » ( Le Point, 9 juin 2022 ).
16 entreprises membres de Systematic dont 9 du Hub Optics & Photonics dans
le palmarès :
ALICE & BOB, CEA-LETI, INSTITUT NEEL CNRS, PASQAL, QUANDELA, DAMAE
MEDICAL, CAILABS, OLEDCOMM, SCALINX
Le pôle Systematic Paris-Region est fier de compter parmi ses membres un tel panel
d’inventeurs. L’accompagnement à l’innovation est un axe fondamental du pôle au
travers de ses Hubs et Enjeux par le biais de projets collaboratifs, de mises en relation
et de recrutement.
Ils sont à retrouver dans le Hub Digital Engineering, Optics & Photonics, Hub Digital
Ifrastructure & IoT, Cyber & Security, Open Source, Data Science & AI, ainsi que les enjeux
Industrie & Services et Société.
Vous souhaitez
rejoindre le Hub
Optics & Photonics
Systematic ?
Une question ?
Un renseignement ?
Contactez Najwa Abdeljalil,
Coordinatrice du Hub :
najwa.abdeljalil@systematic-parisregion.org
NOUVEAUX MEMBRES :
EMBODME ET FEEDGY SOLAR :
NOUVELLES PÉPITES DU HUB OPTICS
& PHOTONICS SYSTEMATIC PARIS REGION
La communauté ne cesse de s'agrandir et nous sommes heureux de vous annoncer
l'arrivée dans le Hub des sociétés Feedgy Solar et Embodme.
Qui sont-ils ?
• FEEDGY SOLAR : Ils proposent une solution durable permettant de gérer les performances
des centrales photovoltaïques via une digitalisation. Après l’intervention
de Feedgy, la rentabilité de la centrale augmenterait de 10 % à 30 %.
• EMBODME : Ils conçoivent de nouveaux capteurs pour l'avenir des écrans tactiles.
Leur premier produit, l'ERAE Touch, est le contrôleur MIDI ultime pour la création
musicale expressive.
10 www.photoniques.com I Photoniques 115

INFORMATIONS PARTENAIRES
https://nano-phot.utt.fr/
ACTUALITÉS
De nouveaux projets financés
pour les chercheurs de la graduate
school NANO-PHOT
Capteurs biochimiques nanoplasmoniques avancés pour la prochaine
génération d'outils de diagnostic ultra-performants
Ce projet proposé par Shuwen ZENG, Chargée de
Recherche au CNRS au Laboratoire Lumière, nanomatériaux
et nanotechnologies (L2n) de l’Université de
Technologie de Troyes (UTT), vise à développer et associer
de nouveaux matériaux 2D avec des nanostructures
originales et une modalité de mesure non-conventionnelle
fondée sur une détection SPR en phase. Cette
nouvelle approche devrait permettre d’augmenter la
sensibilité d’au moins 6 ordres de grandeur par rapport
aux biocapteurs SPR conventionnels. Les applications
portent sur le développement de capteurs biochimiques pour la surveillance
environnementale et le diagnostic clinique en temps réel.
Nano-Pinces Plasmoniques Multifonctionnelles
pour la Détection et la Manipulation Biomoléculaires
Quanbo JIANG, enseignant-chercheur au Laboratoire
Lumière, nanomatériaux et nanotechnologies (L2n)
de l’Université de Technologie de Troyes (UTT) propose
ce projet visant à dépasser les limites des pinces
optiques conventionnelles. En effet, en utilisant des
nano-pinces plasmoniques (NPPs) basées sur des
plasmons de surface à l'interface entre un diélectrique
et un métal, ce projet propose de sélectionner les énantiomères moléculaires,
c’est-à-dire les molécules qui ne peuvent pas être superposées avec leur image
miroir. Cette chiralité moléculaire a une forte influence sur certaines fonctions
biologiques et sur la synthèse chimique dans l'organisme, la communication cellulaire
et la fonction des protéines et les méthodes de séparation existantes sont
assez limitées, coûteuses et présentent un faible rendement. Ainsi, les méthodes
photoniques telles que les NPPs peuvent servir d'alternative non invasive et très
efficace pour séparer les énantiomères.
Prix NANO-PHOT du meilleur oral à NANOPLASM
À l'occasion de la conférence NanoPlasm
2022, qui s’est tenue du 13 au 17 juin
à Cetraro en Italie, un jury internationnal
a eu le plaisir de remettre deux prix
NANO-PHOT de 500 € chacun, à Erika
Cortese de l’Université de Southampton,
Royaume Uni, et à Silvia Rotta Loria
du Politecnico di Milano, Italie,
afin de les féliciter pour l'excellence
de leurs réalisations et la qualité
de leur présentation. Encore Bravo à elles !
Retour sur la conférence
Plasmonica
Augustin VERNEUIL, doctorant de la
graduate school NANO-PHOT, a participé à
la conférence PLASMONICA, qui se tenait
à Turin, en Italie, les 7 et 8 juillet 2022 à
la suite de la 3 e école internationale sur
la Plasmonique et la Nano-Optique du 4
au 7 juillet 2022. Il a ainsi pu présenter
ses travaux sur l’utilisation de réseaux de
nanoparticules d’or comme plateforme de
détection biologique utilisant la génération
de seconde harmonique. Cette thèse
est effectuée en co-tutelle avec le prestigieux
Politecnico di Milano, en Italie.
ACTUALITÉS
Trois professeurs invités, sponsorisés par la
Graduate School, vont venir grandir les rangs
du L2n de l’UTT pendant quelques semaines
ou mois :
• Robert TAYLOR de l'Université
d'Oxford, Royaume-Uni.
• Michel KAZAN du département de physique
de l’Université américaine de
Beyrouth, Liban.
• Nicolaï GAPONIK de la TU de Dresde,
Allemagne
L’école d’été OMIANPHOT 2022 sur l’optimisation
méta-heuristique et l’intelligence
artificielle pour la Nanophotonique s’est
tenue à Troyes du 13 au 17 juin 2022, avec
le soutien de NANO-PHOT. Cette première
édition, couronnée de succès, devrait être
reconduite dans les années à venir
Photoniques 115 I www.photoniques.com 11

INFORMATIONS PARTENAIRES
ACTUALITÉS
www.alpha-rlh.com
Journée PHAROS
sur « Les communications
sécurisées »
ALPHA-RLH et Aerospace Valley organisent
le 15 septembre 2022 à l’Aéroport
de Brive Vallée de la Dordogne une journée
PHAROS* sur le thème « Les communications
sécurisées pour l'Aéronautique,
le Spatial et la Défense ». Dans un contexte
international et géopolitique tendu, les enjeux
de coopération pour une Europe souveraine
passent par des communications
fiables, performantes et interopérables…
La journée abordera l’état de l’art, les
tendances et les défis technologiques.
Au programme :
Des interventions autour des RF, du LiFi,
des communications spatiales, du radar
et de la goniométrie avec THALES, XLIM,
LATÉCOÈRE, TéSA, CISTEME…, un atelier
avec une étude de cas sur la communication
avec les drones, la visite du nouveau
bâtiment, dédié aux hyperfréquences,
de la société Inoveos à Brive, et la démonstration
du DAEM (Détecteur d'Agressions
ElectroMagnétiques).
Participation gratuite sur inscription :
https://evenements.alpha-rlh.com
*PHAROS : Photonique, Hyperfréquences,
AéROnautique et Spatial
AGENDA
Journée PHAROS
« Les communications sécurisées »
15 septembre à Brive
INPHO Venture Summit
13 et 14 octobre à Bordeaux
Matinée découverte
du CEA Tech
20 octobre à Bordeaux
Journées Fibres Optiques
23 et 24 novembre à Limoges
Tous les évènements sur
www.alpha-rlh.com
Un forum des adhérents 2022
sous le signe des échanges
et de la convivialité
Le forum des adhérents du pôle s'est tenu le 16 juin au Château
Lafitte Laguens à Yvrac, un cadre d’exception près de Bordeaux.
200 participants - adhérents et partenaires - étaient présents à ce rendezvous
annuel incontournable, pour partager une journée de networking
et de convivialité.
Après l’Assemblée Générale qui a
dressé le bilan des actions 2021,
les grandes lignes de l’animation
2022 et les perspectives de la
phase V de la politique des pôles
de compétitivité, ALPHA-RLH a
procédé au renouvellement de
son Conseil d'Administration et de son Bureau, donnant lieu à la nomination de
Sébastien Barré en tant que nouveau Président. Le pôle a ensuite signé deux partenariats
avec Bordeaux Technowest et la CCI Bordeaux Gironde.
L’après-midi a débuté par un focus sur le quantique en trois temps : une conférence
« Quantique, le monde des possibles » avec Christophe Salomon, puis une table
ronde « NAQUIDIS : le quantique à vos côtés en Nouvelle-Aquitaine » et enfin des
pitchs d’adhérents « Quantum solutions ».
Pour clôturer la journée, un concours de pitchs autour de la décarbonation / sobriété
énergétique a récompensé C.I.A. - Conception avec Intelligence Artificielle (catégorie
startups) et XLIM (catégorie académiques) qui ont remporté un chèque de 1 000 €.
Un espace exposition a permis à 12 adhérents de présenter leur expertise et
leurs technologies.
Merci à EDF, sponsor officiel de la journée, pour son soutien.
RETOUR SUR LA MISSION JAPON
DU PROJET EUROPÉEN PIMAP+
Du 20 au 24 juin 2022, et après deux années
d’attente face aux fermetures de frontières
liées au Covid-19, une délégation d’entreprises,
organisée par le projet PIMAP+, a pu
se rendre à Tokyo afin d’accélérer les collaborations
avec le marché japonais.
Les partenaires européens ont proposé un agenda complet aux 10 entreprises accompagnées
: visites d’entreprises innovantes telles que Panasonic et JAXA, formation
culture business, témoignages d’entreprises implantées sur place et visite du salon
Manufacturing World Japan. Les entreprises – dont la société GoyaLab, membre du
pôle ALPHA-RLH - et les clusters ont pu présenter à de potentiels partenaires japonais
leurs offres à l’occasion d’un networking mis en place par la CCI France Japon.
Cette mission a également permis à Romain Montini, le représentant du pôle à Tokyo
depuis avril 2022, de présenter ses services aux entreprises européennes qui souhaiteraient
bénéficier d’un accompagnement sur le long terme.
Grâce à cette mission, un contrat a pu être signé, 11 sont potentiellement
en discussion et 92 contacts ont été pris !
12 www.photoniques.com I Photoniques 115

ACTUALITÉS
SOPHIE BRASSELET, LAURÉATE 2022
DU GRAND PRIX LÉON BRILLOUIN
Par Ariel Levenson, Président de la SFO
L
e
Grand
Prix Léon
Brillouin,
prix majeur de la
Société Française
d’Optique récompense
un parcours
scientifique remarquable.
Il est soutenu
par la Fondation
IXCORE.
Cette année le Grand Prix Léon Brillouin
revêt une coloration toute particulière,
car nous célébrons le centenaire de l’article,
fameux, qui a introduit ce qui est
désormais connu sous l’appellation d’effet
Brillouin. Cet article qui a eu un impact
considérable dans de nombreux domaines
scientifiques et technologiques, a
été publié par Léon Brillouin deux années
seulement après sa thèse. Preuve s’il en
fallait qu’ « Aux âmes bien nées, la valeur
n'attend point le nombre des années ».
C’est justement le cas de notre lauréate
2022, Sophie Brasselet, Directrice de
recherche CNRS au sein de l’Institut
Fresnel, dont elle assure la direction
depuis 2020.
Ingénieure diplômée en 1994 de l’Ecole
Supérieurs d’Optique, Sophie Brasselet
démarre une thèse au CNET Bagneux,
sous la direction de Joseph Zyss. Sa thèse,
essentiellement théorique, portait sur
l’hyperpolarisabilité du second ordre
de systèmes moléculaires et a établi un
formalisme valable pour la réponse dipolaire
et octupolaire.
Après cette thèse, Sophie Brasselet réalise
un séjour post-doctoral auprès du Pr.
William Moerner, pionnier de la microscopie
et de la spectroscopie de molécule
unique et co-lauréat du Prix Nobel de
chimie en 2014. Cette étape à San Diego
puis à Stanford, constituera le démarrage
d’une reconversion thématique vers l’instrumentation
et plus particulièrement
vers la microscopie optique.
Reconversion, mais pas rupture car il est
évident qu’en proposant des approches
originales de microscopie et d’imagerie
non-linéaire résolue en polarisation, elle
combine les atouts théoriques acquis lors
de son doctorat, avec ceux acquis pendant
son post-doctorat pour la microscopie de
molécules uniques et finalement avec
sa solide formation de SupOpticienne.
Depuis son retour en France, les nombreuses
démonstrations pionnières réalisées
par Sophie Brasselet, illustrent les
atouts de l’approche de imagerie non-linéaire
quelle a introduite et qui lui vaut
aujourd’hui une reconnaissance internationale,
non seulement dans la communauté
des opticiens et physiciens, mais
également dans celle des biologistes voire
du biomédical.
Ces réussites ont d’ores et déjà été reconnues
par l’attribution en 2020 de la
Médaille d’Argent du CNRS.
La Société Française d’Optique attribue
donc sa récompense majeure, le Grand
Prix Léon Brillouin, à Sophie Brasselet
pour l’ensemble de son remarquable parcours
et pour ses contributions pionnières
aux techniques de microscopie et d’imagerie
non-linéaire résolues en polarisation.
Le jury du prix, le président de la SFO,
ainsi que l’ensemble des membres du
Conseil d’administration s’associent pour
féliciter Sophie pour cette récompense ô
combien méritée!
Photoniques 115 I www.photoniques.com 13

ACTUALITÉS
Lauréats des prix Fabry – de Gramont 2021 et 2022
Le Prix Fabry-de Gramont de la SFO a été instauré à la mémoire du
physicien Charles Fabry (1867-1945), premier directeur général de
l'Institut d'Optique, célèbre pour ses travaux sur les interférences, et
de M. Armand de Gramont (1879-1962), industriel opticien, fondateur
de l'Institut d'Optique. Le prix récompense une jeune chercheuse ou
un jeune chercheur (moins de 40 ans), reconnus internationalement,
dont les travaux de recherche ont été remarqués pour leur qualité,
leur originalité et leur impact potentiel.
Patrice GENEVET, lauréat 2021 du
Prix Fabry – de Gramont pour ses
travaux sur les métasurfaces optiques:
de la physique des interactions
lumière-matière à l’échelle
nanométrique à la conception de
systèmes photoniques innovants.
Patrice Genevet a soutenu une thèse
de Physique en 2009 à l’Université de Nice Sophia Antipolis,
en France, sur la réalisation de solitons de cavité laser dans
les semiconducteurs. Il a ensuite obtenu un postdoctorat de
deux ans dans le groupe du Prof. F. Capasso à l’Université
d’Harvard aux Etats Unis (2009-2011) en collaboration avec le
Prof. Marlan Scully (Texas A&M University) suivi de trois ans
d’associé de Recherche à l’Université d’Harvard (2011-2014).
Ses travaux postdoctoraux, qui portaient initialement sur les
métamatériaux non-linéaires, ont permis de lancer la thématique
aujourd’hui intitulée « Métasurfaces ». Ses travaux
sur la généralisation des lois de la réflexion et de la réfraction
à l’aide de métasurfaces à gradient de phase ont eu une résonance
particulière dans le domaine de l’optique. En 2014,
il a obtenu un poste de chercheur au SIMTech –Singapore
Institute for Manufacturing Technologies. En 2015, il rejoint
le CNRS au « Centre de Recherche sur l'hétéro-épitaxie et ses
applications » où il démarre une activité de recherche sur les
métasurfaces optiques et leurs applications dans le visible.
Ses activités de recherche couvrent l'étude fondamentale des
processus de diffusion de la lumière à l’échelle nanométrique.
Il a notamment étudié les problèmes liés à la dispersion chromatique
des métasurfaces et a mis en évidence le rôle joué
par les singularités topologiques dans les processus de diffusion.
Ses travaux sur les métasurfaces passives et actives pour
le contrôle des faisceaux lumineux et leurs intégrations dans
des systèmes photoniques ont ouvert de multiples voies de
valorisation pour les applications en imagerie, holographie
et LiDARs. Patrice Genevet est récipiendaire de l'ERC Starting
Grant 2015, du PoC ERC 2019 sur les LiDARs compacts et du
prix Aimé-Cotton 2017 de la Société française de physique.
Il est l'auteur de 95 articles scientifiques dans des revues à
comité de lecture, de 6 brevets internationaux.
Rémy BRAIVE, lauréat 2022 du Prix
Fabry – de Gramont pour ses travaux
autour de l’optomécanique avec les
cristaux photoniques, notamment l’utilisation
des modes mécaniques pour la
génération de signaux à haute pureté
spectrale et la détection de faibles signaux
assistée par bruit de phase.
Rémy BRAIVE est maitre de conférences depuis 2009 à
l'Université Paris-Cité et depuis Septembre 2021 membre
junior de l’Institut Universitaire de France (Chaire
Fondamentale). Durant son doctorat en « Optique et
Nanophotonique » au Laboratoire de Photonique et
Nanostructures (LPN), il a étudié les effets d’électrodynamique
quantique en cavité, la réponse dynamique et la
cohérence de nano-laser faible seuil à boites quantiques
en utilisant des cavités à cristal photonique suspendue.
Il a ensuite rejoint en 2018 le MPQ Garching (Allemagne)
puis l’EPFL (Suisse) en tant que post-doctorant où il a
commencé à s'impliquer dans les domaines de la nano-optomécanique.
Rémy BRAIVE a ainsi démontré le
fort couplage phonon-photon au sein de cavité à cristal
photonique bidimensionnel. Depuis 2009, il mène
ses activités de recherche au Centre de Nanosciences
et Nanotechnologies (C2N) du CNRS et de l’Université
Paris-Saclay. Tirant parti de son expertise en nanophotonique
et en nanofabrication avec les semi-conducteurs
III-V, ses thématiques de recherche sont tournées vers
des concepts innovants profitant de la forte interaction
entre optique et acoustique. Il a ainsi lancé de nouvelles
lignes de recherche en nano-optomécanique dans les
cristaux photoniques appliquées à l’étude d’effets de dynamique
non-linéaire pour la détection de signaux faibles
et au développement d’oscillateurs optomécaniques intégrés
générant une modulation ultrapure aux fréquences
micro-ondes sur une porteuse optique. Il est auteur et
co-auteur de plus de 58 articles scientifiques dans des
revues internationales à comité de lecture et 2 brevets.
Ces résultats ont aussi été valorisés en tant que finaliste
du prix Jean Jerphagnon en 2021.
14 www.photoniques.com I Photoniques 115

ACTUALITÉS
PRIX JEAN JERPHAGNON 2022
pour améliorer l’imagerie de l’œil,
Kate GRIEVE prend les bonnes résolutions !
Le Prix Jean
Jerphagnon 2022
récompense Kate
GRIEVE, Directrice
de recherche
INSERM au sein de
l’Institut de la Vision. Kate GRIEVE est une
spécialiste reconnue internationalement
pour ses apports au diagnostique et au suivi
par imagerie des pathologies oculaires. Une
des approches originales qu’elle a proposée
pour améliorer les systèmes actuels est la
tomographie par cohérence optique plein
champ avec une ergonomie permettant
l’utilisation en milieu hospitalier. Cette technique
qui permet de résoudre les cellules
individuelles au niveau de la cornée et de la
rétine constitue le fer de lance de la start-up
SharpEye qu’elle a créée et dirige.
Son parcours d’une extrême richesse démarre
par une thèse dirigée par Claude
BOCCARA et se poursuit par deux séjours
postdoctoraux à l’Université de Californie
(Berkeley) puis à l’Université d’Oxford.
Elle entame alors une expérience de
quatre années en tant qu’ingénieure en
imagerie dans le privé. Ingénieure puis
Directrice de recherche INSERM à l’Hôpital
d’ophtalmologie des Quinze-vingts,
Kate GRIEVE a créé et dirige la plateforme
d’imagerie oculaire de l’Hôpital.
Combinant son activité de recherche académique
avec le développement d’applications
jusqu’à l’industrialisation, Kate
GRIEVE est une lauréate emblématique
du prix Jean Jerphagnon. Félicitations
Kate pour ce prix amplement mérité.
Nous garderons nos yeux bien ouverts
pour suivre les nouvelles réussites qui
ne manqueront pas d’arriver.
Félicitations aux finalistes du Prix Jean
Jerphagnon 2022 !
Journées LIBS France à Marseille : le bilan
Les journées LIBS France ont eu lieu les
1 et 2 juin à l’Hexagone sur le campus de
Luminy de l’université Aix-Marseille, situé
dans le parc national des Calanques.
Elles ont réuni 75 chercheurs, enseignants-chercheurs
et ingénieurs du
monde académique et du secteur privé
dans le but d’échanger leurs expériences,
de présenter des nouveautés et de discuter
les derniers résultats de recherche obtenus
dans les laboratoires et sur le terrain.
Traditionnellement francophones, ces
journées ont été enrichies par la participation
de multiples collègues étrangers
originaires de quatre continents, présentant
des résultats obtenus non seulement
sur notre planète, mais également sur la
planète Mars. Le programme scientifique,
composé de 20 présentations orales et 16
présentations poster introduites par des
présentations flashes, a concerné des
domaines applicatifs très variés tels que
le patrimoine, le biomédical, la géologie,
l’exploitation minière, le nucléaire, l’industrie,
la surveillance de l’environnement
et l’exploration extra-planétaire.
Plusieurs présentations dédiées aux
études fondamentales ont montré qu’il
reste encore beaucoup à faire pour améliorer
nos connaissances des plasmas
produits par laser afin de mieux exploiter
les spectres d’émission atomique et
moléculaire et ainsi rendre l’analyse élémentaire
des matériaux par la technique
LIBS toujours plus performante. La participation
de nombreux doctorants et
jeunes chercheurs témoigne de la bonne
dynamique de ces activités de recherche
et des nouveaux développements dans le
domaine. Les prochaines journées LIBS
seront organisées en 2024 à Pau conjointement
au congrès SPECTRATOM. Le
programme et les supports des présentations
orales et poster peuvent être
téléchargés sur http://libs-france.com/
journees-libs-france-2022.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 15

ACTUALITÉS
MOTS CROISÉS
SUR LE THÈME DU LIDAR
Par Philippe ADAM
13 15 21
1 2
3 16 17 4
19
20
12 14 5
6
7 8
9
10 18
11
SOLUTION SUR
PHOTONIQUES.COM
1 Numériseur laser 3D
2 Bien adaptée, passante sans souci
3 Allonge maximum
4 Saleté sur la cible
5 Multiplication de fréquence
6 LIDAR à Absorption Différentielle
7 Station de mesure LIDAR
8 Avec « safe » c'est plus sûr
9 Perturbe les mesures LIDAR
10 Utilise les mesures LIDAR pour compréhension
des dynamiques atmosphériques
11 Ampli laser très utilisé dans les LIDAR
12 Pourrait être un LIDAR volant
13 Excite les atomes de sodium de la haute
atmosphère
14 Télémètre laser pour mesure d'altitude
15 Quelle que soit la portée, fonction générique
d'un LIDAR
16 En prendre une bonne, pour un LIDAR ou pour soi
17 Effet de la vitesse
18 Grenat … visiblement transparent
19 Au seuil des profondeurs
20 Puissance … de coq
21 Collecteur de lumière d'un LIDAR
16 www.photoniques.com I Photoniques 115

ENTRETIEN
Entretien avec
Ariel Levenson
Photoniques s’entretient avec Ariel
Levenson, directeur de recherche
CNRS menant des recherches au laboratoire
C2N et président de la SFO
depuis décembre 2021.
VOUS AVEZ DÉMARRÉ VOTRE
CARRIÈRE AU CNET ET Y AVEZ
DÉCOUVERT UN ENVIRONNEMENT
PROPICE À LA RECHERCHE ET
À LA VALORISATION
J’ai été recruté au Laboratoire de
Bagneux du Centre National d’Étude des
Télécommunications, dès la fin de ma thèse
en 1988. J’y ai vécu toute la transformation,
depuis le questionnaire sur mes habilités
en vélo - rappelons que lors de mon recrutement
le CNET dépendait du ministère des
Postes, Télégraphes et Télécommunications
(PTT)-, jusqu’au passage à la société France
Télécom puis à Orange. C’était un environnement
privilégié, où recherche fondamentale
et intérêt applicatif se côtoyaient. On disposait
de moyens technologiques de haut niveau
pour l’époque, de moyens financiers
pour réaliser nos recherches et en plus la
course effrénée aux publications n’était pas
encore en vogue, un temps que les moins de
40 ans ne peuvent pas connaître.
VOUS AVEZ ALORS DÉCOUVERT
L’OPTIQUE QUANTIQUE ET
L’OPTIQUE NON-LINÉAIRE
L’optique non-linéaire est devenue une
grande passion pour moi et sans aucun
doute je le dois à la « culture CNET » et à
son histoire qui a commencé juste après
les premières publications internationales.
Après ma thèse sur les réponses optiques
non-linéaires d’origine électronique dans
les puits quantiques en semiconducteur,
j’ai bifurqué vers les effets quantiques dans
les cristaux non-linéaires diélectriques.
Époque passionnante, nous avons participé
au tout premier projet européen en
optique quantique et réalisé les premières
démonstrations de mesures quantiques
non destructives répétées, d’amplification
optique sans bruit, … toujours en explorant
aspects fondamentaux et appliqués.
Ainsi les mesures quantiques non-destructives
sont devenues un bus optique pour
distribution d’information sans pertes…
Trop tôt, à l’époque parler de contrôle de
la phase dans les réseaux télécom était une
hérésie. Je me rappelle aussi que l’on avait
organisé en 1997 avec Izo Abram, qui a été
mon directeur de thèse et mon mentor à
plusieurs titres, un mini-workshop qui faisait
dialoguer les spécialistes de la cryptographie
quantique et ceux du cryptage
classique de France Télécom, j’aurais dû dire
plutôt qui essayait de faire dialoguer. Je suis
ravi de constater l’évolution actuelle des
technologies quantiques et des mentalités.
Désormais recherche, industrie et start-up,
font bon ménage. Quel que soit le sort de
telle ou telle promesse, les réussites directes
ou les retombées latérales seront là.
SUITE À LA FERMETURE DU CNET,
VOUS AVEZ INTÉGRÉ LE CNRS
La fermeture du CNET a été à mon avis un
grand gâchis scientifique et humain, provoqué
par une vision courtermiste. Pour moi
cela s’est transformé en une opportunité
exceptionnelle car j’ai eu la chance d’intégrer
le CNRS en 1998 après un concours
de directeur de recherche dans la Section
04. C’était au Laboratoire de Photonique
et de Nanostructures devenu Centre de
Nanosciences et Nanotechnologies après
la fusion avec l’Institut d’Electronique
Fondamentale. Je suis donc passé d’un
milieu privilégié à un autre milieu privilégié,
avec entre autre la plus grande centrale académique
française de nanotechnologies.
Le virage de mes activités vers la nanophotonique
non-linéaire s’est alors accentué
et ma thématique principale est devenue
l’étude des cristaux photoniques en régime
non-linéaire. C’est étonnant à quel
point on peut maitriser la propagation de
la lumière avec des structures organisées
avec des trous d’airs distribués périodiquement,
créant volontairement des défauts
de périodicité pour la piéger, la diriger...
Finalement, le poinçonneur des Lilas ne
devait pas s’ennuyer.
VOUS VOUS ÊTES ALORS FORTEMENT
INVESTI DANS LES NANOSCIENCES
Le changement du centre de gravité de mes
recherches a coïncidé avec une sollicitation
conjointe du Ministère de la Recherche, du
CNRS et du CEA, pour m’occuper de la création
dans la région parisienne d’un Centre
de compétences sans mur dans le domaine
des nanosciences et des nanotechnologies.
Nous sommes partis d’une feuille
blanche – passionnant ! –pour construire
le C’Nano IdF et aboutir à un réseau de plus
de 3000 scientifiques. Un réseau plurisdiciplinaire
fédérant physiciens, chimistes,
biologistes, ingénieurs, … toxicologues
sociologues, économistes, … tous faisant
des recherches sur les nanos. Grâce à un
fort soutien financier de la Région Ile de
France, ce sont quelques centaines de projets,
thèses, animations, expositions qui ont
pu être réalisés. Expérience extrêmement
intéressante d’échange avec des collègues
de disciplines très variées. On a également
créée un programme de valorisation, pionnier,
toujours actif et qui a accompagné la
création de dizaines de start-ups. J’ai été par
la suite nommé directeur du réseau national
C’Nano, qui est désormais devenu l’Unité
d’Appui et de Recherche CNRS C’Nano.
LA SYNERGIE ENTRE
LA PHOTONIQUE ET LES
NANOSCIENCES A ÉTÉ
PARTICULIÈREMENT FORTE
Quel chemin parcouru par la nanophotonique
! Comme dans d’autres domaines
scientifiques, peu importe les motivations
initiales, qui peuvent se concrétiser ou
non, lorsque le potentiel est là et que la
communauté scientifique se met au travail,
les résultats sont là. C’est le cas de la
nanophotonique, la nanoplasmonique, les
metamatériaux. Le degré de sophistication
dans le contrôle de l’amplitude et la
Photoniques 115 I www.photoniques.com 17

ENTRETIEN
phase du champ électromagnétique, dans
l’augmentation et le contrôle de l’interaction
lumière-matière, par la manipulation
sub-longueur d’onde est vraiment impressionnant
et les secteurs d’applications
extrêmement variés : télecoms, datacom,
imagerie, énergie, ... et on est très loin
d’avoir exploité tout le potentiel.
VOUS AVEZ PRIS VOS FONCTIONS
DE PRÉSIDENT DE LA SFO EN
DÉCEMBRE 2021. QUELLES ONT ÉTÉ
LES PREMIÈRES ACTIONS MENÉES ?
J’ai trouvé lors de ma prise de fonctions
une SFO très active qui sortait consolidée
de la grande réussite du congrès OPTIQUE
Dijon 2021, malgré le ralentissement dû à
la pandémie. En somme une SFO en bonne
position pour lancer la transformation de
statuts qui permettra, je l’espère, d’obtenir
le statut d’association reconnue d’intérêt
public (ARUP). L’intérêt est multiple. D’une
part la reconnaissance de l’état de ce que
nous sommes et d’autre part la possibilité
de faire bénéficier à nos membres et nos
donateurs d’avantages fiscaux. Ce dernier
point devrait contribuer à consolider notre
santé financière et surtout de lancer de nouvelles
actions ambitieuses.
QUELS SONT LES GRANDS PROJETS
EN COURS MENÉS PAR LA SFO ?
La richesse culturelle et le potentiel d’actions
de notre SFO sont impressionnants.
Cela repose sur le bénévolat et l’investissement
de nombreux collègues que je remercie
chaleureusement. La force créatrice
de la SFO réside essentiellement, en effet,
dans nos 15 Clubs thématiques et nos trois
commissions.
Il y a tellement de dossiers qui me tiennent
à cœur, que j’ai considéré que seule une
augmentation de la collégialité pouvait les
faire avancer en parallèle. Je ne suis pas
en train de parler de la création de comités
Théodule, mais d’une mobilisation de
collègues motivés pour proposer et agir
sur des points ciblés. Un bon exemple est
à mon avis celui du renouvellement de nos
offres et services vis à vis des jeunes. Nous
avons beaucoup à leur offrir, nos atouts ne
sont pas ceux des grandes sociétés internationales,
il fallait tout d’abord mieux les
identifier. Il faut également être à l’écoute
des besoins de nos jeunes…
Sous la houlette de trois collègues membres
du Bureau, Agnès Desfarges-Berthelemot,
Inka Manek-Honninger et Marie-Claire
Schanne-Klein, les choses avancent au-delà
de mes espérances. Nous aurons une rencontre
jeunes, animée par les jeunes, lors du
congrès OPTIQUE Nice 2022. Par ailleurs, une
plateforme « parcours après une thèse en
optique » est bien avancée en collaboration
avec REDOC SPI. De plus on est au deuxième
webinaire d’analyse et mise en perspective
critique d’articles en partenariat avec les GdR
Ondes et COMPLEXE, … Et ce n’est pas le seul
dossier qui avance. C’est le cas également
de nos relations avec nos membres et partenaires
industriels, dossier piloté par notre
président entrant François Salin, ou encore
sur notre vision européenne en partenariat
avec l’EOS et les sociétés nationales sœurs,
dossier piloté par notre président sortant
Philippe Adam. Sur ce dernier point je suis
ravi du premier partenariat avec la société
italienne SIOP, lors de l’organisation commune
d’un workshop sur les métamatériaux.
LES SOCIÉTÉS SAVANTES ONT UN
RÔLE IMPORTANT À JOUER DANS
LA PROMOTION DES SCIENCES
ET LA CULTURE SCIENTIFIQUE
Plus que jamais une société savante comme
la SFO doit contribuer à éclairer l’échange
science-société. La pandémie nous a donné
des preuves supplémentaires, s’il en fallait,
de l’impérieuse nécessité de ne pas délaisser
ce terrain. Quelle confusion entre recherche
et science ! Je pense sincèrement que cette
confusion ne provient pas seulement de volontés
manipulatrices, certes amplifiés par
les réseaux sociaux, mais également d’une
ignorance de ce que sont d’une part nos
méthodes de recherche qui incluent esprit
critique, controverses et remises en cause
et d’autre part les avancées scientifiques
qui, elles, constituent un corpus solide.
Nous travaillons dans ce sens, diffusion de
la culture scientifique à travers nos deux
commissions Enseignement et Optique/
physique sans frontière, engagement avec
nos sociétés scientifiques sœurs…
LA FRANCOPHONIE EST UN THÈME
QUI VOUS TIENT À CŒUR…
L’échange, le partage, la diffusion des
savoirs et la communication sont au
cœur de la démarche scientifique et du
développement des sciences et des technologies.
L’anglais est désormais devenu
une langue essentielle et communiquer
en langue anglaise nous permet de transmettre
des messages à un auditoire scientifique
international élargi. Cependant, il
ne fait aucun doute qu’il nous est bien plus
aisé d’échanger en français, langue maternelle
ou d’adoption, dans laquelle les
nuances et les mots d’esprit nous viennent
plus spontanément. Cela est encore plus
flagrant pour les échanges science et société
dont je viens de parler.
La SFO a des atouts incontestables.
OPTIQUE Ville est le plus grand congrès
francophone de l’optique et la photonique.
Photoniques s’est imposé comme une référence
de la diffusion des savoirs. Nos
commissions ont déjà une portée internationale
dans les pays francophones ou
nous avons accompagné des démarches,
co-organisé des évènements et déployé
des kits pédagogiques, … Il me semble que
nous pouvons aller bien plus loin en contribuant
à la mutualisation des savoir-faire
en collaboration avec d’autres sociétés
savantes, des instituts et des collègues en
Belgique, Suisse, Canada, Afrique, … pour
accompagner et faciliter le déploiement
de l’éducation, la recherche et l’innovation
dans les pays où les structures ou les
moyens scientifiques et technologiques
sont moins développés.
COMMENT ÉVALUEZ-VOUS
LA POSITION DE LA PHOTONIQUE
DANS LES PROGRAMMES
ET ÉQUIPEMENTS PRIORITAIRES
DE RECHERCHE (PEPR) EN COURS
DE CRÉATION ET DÉPLOIEMENT ?
Bonne question aux accents… politiques.
Je trouve que les PEPR vont
incontestablement donner un coup
d’accélérateur à de nombreuses disciplines
et applications. Cependant, alors
que la Commission Européenne considère
désormais la photonique comme
une thématique/filière à part entière,
et non seulement comme une technologie
diffusante, on peut regretter que
ce ne soit pas encore le cas en France.
Mais il n’est pas trop tard pour qu’un
PEPR Photonique voie le jour, pour le
plus grand bien de la filière photonique
et de son impact scientifique et sociétal.
18 www.photoniques.com I Photoniques 115

OSEZ L'OPTIQUE
La smartphonique
au service de la photonique
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Ulysse DELABRE 1,2 , Nicolas BRUNI 1 , Nicolas-Alexandre GOY 1 , Antoine GIROT 1
1
Université de Bordeaux, CNRS, LOMA, UMR 5798, F-33400 Talence, France
2
Université de Bordeaux, CeDS, UR 7440, F-33600 Pessac, France
*ulysse.delabre@u-bordeaux.fr
Les smartphones sont omniprésents et sont aujourd’hui
dotés de multiples capteurs. Il devient possible de
détourner ces capteurs pour faire des expériences
scientifiques – un domaine né il y a quelques années
que l’on peut désigner par le terme smartphonique.
Nous détaillons ici quelques-unes de ces expériences
réalisables avec smartphone initialement dédiées à
l’enseignement mais nous montrons aussi quelques
utilisations récentes du smartphone en recherche en nous
focalisant principalement sur le domaine de l’optique.
https://doi.org/10.1051/photon/202211519
Article publié en accès libre sous les conditions définies par la licence Creative Commons Attribution License CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0),
qui autorise sans restrictions l’utilisation, la diffusion, et la reproduction sur quelque support que ce soit, sous réserve de citation correcte de la publication originale.
Les smartphones sont des objets
de notre quotidien. Nous nous
en servons pour communiquer,
prendre des photos, nous orienter, etc.
Derrière ces fonctions se cachent de
multiples capteurs très performants
qui font que nos smartphones sont
devenus de véritables mini laboratoires
scientifiques mobiles. Quand
nous tournons nos téléphones, l’écran
pivote grâce aux accéléromètres qui
mesurent le champ de pesanteur. La
localisation dans l’espace s’effectue
grâce au GPS mais également grâce
à un capteur de pression disponible
sur certains smartphones qui est plus
précis pour estimer l’altitude. Quand
nous approchons le smartphone
de notre oreille pour téléphoner,
l’écran se désactive pour éviter des
manipulations hasardeuses grâce
au capteur infrarouge de proximité.
La luminosité de l’écran s’adapte
également en fonction de la lumière
ambiante grâce au capteur de luminosité.
Tous ces capteurs sont dans
nos poches. Depuis quelques années,
plusieurs applications ont été développées
et permettent d’accéder aux
données brutes de ces capteurs, ce
qui permet de les détourner pour faire
des expériences scientifiques. Parmi
les applications les plus complètes,
on peut citer Phyphox [1] conçue par
l’Université de Aachen qui est entièrement
gratuite et disponible sur iOS
et Android. Tout aussi performante,
l’application Physics Toolbox Suite a
été développée aux États-Unis et permet
également d’accéder à tous les
capteurs. Une dernière application
est apparue récemment, l’application
Fizziq développée en France en partenariat
avec la Main à la Pâte. Avec son
design plus simple d’utilisation et la
possibilité de transférer les données
dans un cahier expérimental, elle est
davantage destinée aux collégiens et
lycéens. Ces applications permettent
d’accéder très facilement aux capteurs,
d’enregistrer des mesures
(jusqu’à 100 points/sec) et ensuite
d’exporter ces mesures pour les analyser
plus en détails. Le smartphone
devient un véritable couteau suisse
pour le physicien et peut avantageusement
être détourné de ses fonctions
initiales pour réaliser des expériences
scientifiques simplement, n’importe
où et à n’importe quel moment.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 19

OSEZ L'OPTIQUE
Le smartphone :
un couteau suisse pour
le physicien
L’enseignement s’est bien évidemment
emparé de ce nouvel outil [2-3] que nos
étudiants ont dans leur poche pour
la très grande majorité. Et si initialement
la présence des accéléromètres
a facilité l’utilisation du smartphone
pour les cours de mécanique en testant
les expériences de chute libre
ou la physique du pendule, les autres
domaines et notamment l’optique
peuvent aussi être abordés. Dans
le domaine de l’optique, le capteur
principal est bien évidemment le ou
les appareils photos du smartphone.
Mais il ne faut pas oublier le capteur
de luminosité et le capteur infrarouge.
Nous décrivons ci-dessous quelques
expériences qui peuvent être réalisées
avec ces capteurs. L’expérience
la plus simple est d’étudier la variation
de l’intensité lumineuse en fonction
de la distance à une source. Pour cela,
il suffit de travailler dans le noir avec
une lumière suffisamment isotrope
(une simple ampoule fonctionne très
bien). À l’aide d’un smartphone et d’un
mètre, et de la fonction « Luminosité
» de Phyphox par exemple (ou d’une
application Luxmètre), on peut enregistrer
l’éclairement (en lux). En mesurant
cet éclairement en fonction
de la distance r à la source, on peut
Figure 1. Expérience de mesure de l’éclairement
en fonction de la distance à l’aide de la fonction
Luxmètre de l’application Phyphox. En insert, la
courbe de l’éclairement en fonction de 1/r².
retrouver très rapidement la loi en
Φ~1/r². Pour les étudiants, même si
la mesure paraît simple, cette expérience
nécessite une grande attention
: il faut d’une part soustraire la
luminosité ambiante, d’autre part le
capteur peut saturer si la distance r
est trop petite… L’interprétation des
données peut donc demander une
réflexion plus fine. Une expérience
dérivée consiste à étudier l’éclairement
en fonction de son angle d’inclinaison
par rapport à la source.
Pour cela, il peut être utile d’associer
Figure 2. Smartphone transformé en microscope à
l’aide d’une petite goutte d’eau déposée sur la vitre
de l’appareil photo.
les mesures d’angles avec l’accéléromètre
et la mesure de l’éclairement
avec le capteur de luminosité. Les
applications citées plus haut telle que
Phyphox permettent d’enregistrer les
mesures sur plusieurs capteurs simultanément.
On retrouve à nouveau des
mesures en accord avec la loi standard
E= E 0 cos²θ en lien par exemple avec
l’éclairement du soleil en fonction de
la latitude à la surface du globe. Un
des avantages du smartphone utilisé
comme outil scientifique est que les
mesures sont très simples. Il est donc
possible de répéter plusieurs fois l’expérience
pour améliorer son dispositif
et ses mesures. On se rapproche alors
pour les étudiants d’une démarche
d’investigation comme dans les laboratoires
de recherche. Il est également
possible de détourner l’appareil photo
pour travailler certaines parties du
cours d’optique géométrique. En prenant
par exemple des photographies
d’un objet à plusieurs distances et
en analysant la taille de l’image sur
l’écran, on va travailler les notions de
grandissement et il devient possible
à partir des formules de conjugaison
d’estimer la distance focale de la lentille
du smartphone. Pour cela, il faut
supposer que la lentille de l’appareil
photo se comporte comme une lentille
mince, ce qui donne des résultats
tout à fait satisfaisant en première approximation.
Pour les étudiants, cela
leur permet de travailler les notions
et les formules d’optique géométrique
très simplement en lien avec un objet
de leur quotidien pour mieux comprendre
le fonctionnement d’une
lentille, des capteurs CMOS et de
l’écran. S’il semble très important de
manipuler des lentilles standards en
20 www.photoniques.com I Photoniques 115

OSEZ L'OPTIQUE
Figure 3. Transit d’exoplanète observé avec un smartphone en
laboratoire. À gauche, le montage. À droite, la baisse d’intensité
lumineuse enregistrée lors du transit.
salle de travaux pratiques, cette expérience est très instructive
en complément. L’écran est aussi un élément du smartphone
très intéressant à étudier. Une des expériences les plus simples
consiste à déposer une petite goutte d’eau par-dessus pour
commencer à distinguer les pixels de l’écran. On peut observer
alors les différentes couleurs. Néanmoins, il n’est pas possible
de quantifier facilement la taille des pixels. Pour cela, on peut
transformer son smartphone en microscope ou plutôt en super
loupe en y associant une autre lentille. Il est bien sûr possible
d’utiliser des modules externes pour rajouter une lentille de fort
grossissement. Sinon le plus simple est de déposer une petite
goutte sur la vitre de l’appareil photo (voir figure 2a). Il faut bien
sûr que la goutte soit très petite et relativement bombée. Pour
cela, une astuce consiste à passer son doigt sur la vitre pour
favoriser un mouillage partiel et un angle de contact proche de
90°. Grâce à cette petite goutte, la distance de travail du smartphone
est fortement réduite passant de quelques centimètres
à quelques millimètres. On peut alors observer les pixels d’un
écran facilement. Si avec le même dispositif, on a au préalable
calibré son grossissement avec une règle graduée par exemple,
on peut mesurer la taille des pixels d’un écran. Les étudiants
sont en général impressionnés. On voit ici l’énorme avantage
du smartphone : il permet de quantifier simplement et très rapidement.
Bien sûr cette expérience peut être effectuée aussi
pour mesurer l’épaisseur d’un cheveu, expérience classique en
lycée et des programmes de première année à l’université, où
l’on demande souvent de mesurer l’épaisseur d’un cheveu par
microscopie et par diffraction. De la même manière, les pixels
de l’écran peuvent être estimés en envoyant un faisceau laser sur
l’écran et en analysant la figure de diffraction. Dans le domaine de
l’optique polarisée, il est très simple de tester la loi de Malus. Pour
cela, il suffit de se munir des lunettes de cinéma 3D (en les utilisant
dans le bon sens – à l’envers !) ou de polariseurs linéaires. En
mesurant l’intensité lumineuse transmise entre deux lunettes 3D,
on retrouve la loi de Malus. Cette expérience peut être réalisée
encore plus simplement avec un seul polariseur et l’écran d’un
ordinateur [4]. Il suffit de faire pivoter son smartphone devant
l’écran d’ordinateur et d’enregistrer simultanément l’intensité
lumineuse (avec le capteur de luminosité) et l’angle de rotation
du smartphone avec l’accéléromètre. Il suffit ensuite d’exporter
les données et de tracer l’intensité lumineuse en fonction
Photoniques 115 I www.photoniques.com 21

OSEZ L'OPTIQUE
du cosinus carré de l’angle pour voir
les données s’aligner sur une droite.
Il existe bien sûr plusieurs autres expériences
remarquables notamment
associées à l’astrophysique pour estimer
le diamètre angulaire de la lune
ou encore reproduire la méthode du
transit d’une exoplanète chez soi en
mesurant la baisse d’intensité lumineuse
lors du passage d’une balle de
tennis par exemple entre une lumière
(qui joue le rôle de l’étoile) et le capteur
du téléphone (figure 3). Néanmoins,
comme les capteurs sont à l’intérieur
du téléphone, il n’est pas possible de
les manipuler pour réaliser toutes
les expériences. Pour aller au-delà
de ces premières manipulations, on
peut rajouter des modules externes.
Il existe ainsi plusieurs modules pour
augmenter le grossissement de l’appareil
photo. On peut également trouver
des modules de spectroscopie. Si avec
l’application Fizziq par exemple, il est
possible de déterminer les couleurs
RGB des objets en les prenants en photo,
cela n’est pas suffisant pour faire
une analyse fine. La start-up Goyalab
en Aquitaine a ainsi développé un
module de spectroscopie Gospectro.
Celui-ci peut être utilisé pour caractériser
le spectre d’une source
lumineuse, des filtres lumineux ou
encore de solutions en chimie. On
trouve d’ailleurs plusieurs solutions
publiées dans les journaux éducatifs
de chimie dédiées à la spectroscopie
avec un smartphone.
Parmi les autres modules accessibles,
un autre module intéressant qui est devenu
abordable est celui des cameras
thermiques infrarouges. On peut en
trouver pour quelques centaines d’euros
(~300 euros chez FLIR par exemple). Il
devient ainsi possible de travailler avec
Figure 4. a) et b) Images visible et infrarouge avec un module de caméra Infrarouge (FLIR One
caméra). Le module s’attache sur la prise USB et permet de capturer des images ou des films en
infrarouge. c) et d) module de spectroscopie (Goyalab, GoSpectro).
ce rayonnement si particulier : tester la
transmission des différents matériaux,
mesurer des températures.
Grâce à ces modules externes, le
smartphone s’en trouve véritablement
augmenté et on peut même
envisager de l’utiliser dans le cadre
de la recherche. Plusieurs articles de
recherche ont présenté des études et
des dispositifs de spectroscopie ou
de microscopes mobiles avec smartphone
afin de réaliser des analyses
sur des cellules biologiques [5]. Ces
dispositifs sont souvent associés à
des applications spécifiques ou du
machine learning pour analyser les
images obtenues. On peut citer également
le développement d’application
pour contrôler les pixels de l’écran et
s’en servir comme source lumineuse
texturée spatialement ou temporellement
(stroboscope) pour étudier par
exemple le comportement de bactéries
en biophotonique. Il ne faut pas non
plus oublier que la caméra de certains
RÉFÉRENCES
smartphones peut aller jusqu’à 1000
images par seconde ce qui permet de
caractériser des phénomènes physiques
très rapides
Conclusion
Alors que le smartphone n’était à ses
débuts qu’un simple gadget technologique,
il est devenu aujourd’hui un
véritable mini laboratoire scientifique
mobile qui permet de réaliser des expériences
scientifiques où l’on veut et
à n’importe quel moment. Si les expériences
avec smartphone sont d’abord
dédiées à l’enseignement, il existe de
plus en plus d’articles académiques
qui proposent des analyses poussées
avec un smartphone notamment visà-vis
de la recherche dans les pays
en voie de développement. Avec les
évolutions des smartphones et des
capteurs qui sont de plus en plus sophistiqués,
on peut anticiper un fort
développement à venir du domaine
de la smartphonique.
[ 1] Application Phyphox https://phyphox.org/ ; Application Physics Toolbox Suite https://
www.vieyrasoftware.net/ ; Application Fizziq https://www.fizziq.org/ ;
[2] Smartphonique, Expériences de physique avec un smartphone, Ulysse Delabre, DUNOD
[3] MOOC Smartphonics, France Université Numérique, https://www.fun-mooc.fr/en/courses/
mooc-smartphonics/
[4] Monteiro et al., The Physics Teacher 55, 264 (2017)
[5] Meng, Xin et al., Lab on a Chip 17, 104-109 (2017) ; Liu X et al., Ann Biomed Eng.2205-17
(2014); I. Hussain, A. K. Bowden, Biomed. Opt. Express 12, 1974-1998 (2021)
22 www.photoniques.com I Photoniques 115

EXPÉRIENCE MARQUANTE
EXPÉRIENCE À CHOIX
RETARDÉ DE WHEELER
ET COMPLÉMENTARITÉ
ONDE-PARTICULE
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Thomas DURT 1
1
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, Institut Fresnel, 13013 Marseille, France
*thomas.durt@centrale-marseille.fr
L’expérience à choix différé de Wheeler (1978) permet
de repositionner le débat Bohr-Einstein de 1927
sur la complémentarité onde-particule. Lors d’une
telle expérience, on choisit de fermer ou non un interféromètre
à sa sortie, alors que l’objet quantique
est déjà en cours de route. Le mode fermé induit
un comportement de type onde; le mode ouvert un
comportement de type particule. Cette expérience
à choix retardé a été réalisée pour la première fois
en 2006 avec des photons uniques.
https://doi.org/10.1051/photon/202211523
Article publié en accès libre sous les conditions définies par la licence Creative Commons Attribution License CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), qui autorise
sans restrictions l’utilisation, la diffusion, et la reproduction sur quelque support que ce soit, sous réserve de citation correcte de la publication originale.
S
elon Richard Feynman
[1], tout le mystère de
la mécanique quantique
est contenu
dans l'expérience
dite des deux fentes
de Young lors de laquelle « tout se
passe comme si » la particule (en
fait sa fonction d'onde quantique)
passait simultanément par les deux
fentes, ce qui donne lieu à un patron
d'interférences auquel contribuent
les ondes passant par chaque fente.
À l'occasion de la conférence Solvay
de 1927, Albert Einstein et Niels
Bohr ont confronté leurs points
de vue divergents concernant l'interprétation
de la théorie quantique
[2]. Einstein a proposé en 1927
l'expérience de pensée suivante :
supposons que, lors de la réalisation
de l'expérience de Young, l'écran
contenant les deux fentes soit mobile,
ce qui permettrait d'enregistrer
le recul lié à la déflection subie par
la particule lors de son passage à travers
la (les fentes). En mesurant ce
recul, l'on pourrait selon Einstein,
savoir par quelle fente est passée la
particule, sans altérer les interférences.
Wheeler écrit à ce sujet [3]:
...Einstein’s further reasoning as reported
by Bohr (...) is familiar.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 23

EXPÉRIENCE MARQUANTE
INCERTITUDES ET COMPLÉMENTARITÉ
Bohr a montré que, pour satisfaire aux exigences
d'Einstein, δp x , l'incertitude sur l'impulsion (selon
X) du premier écran (celui dans lequel sont gravées
les deux fentes) doit être inférieure aux impulsions
de recul (toujours selon X) correspondant aux
passages par la fente du haut et celle du bas, ici nous
imposerons 1/π fois cette quantité, pour simplifier la
discussion. Celles-ci sont de l'ordre de (h/2λ) · (d/D)
où λ est la longueur d'onde d'Einstein-de Broglie
de la particule diffractée, h/λ son impulsion, d la
distance entre les deux fentes et D la distance entre
le premier écran et le second écran (celui sur lequel
on observe le patron d'interférence). En vertu des
relations d'incertitude de Heisenberg, l'incertitude
δx sur la position verticale du premier écran vaut Figure 1. Interféromètre à deux fentes.
donc au moins h/(4πδp x ), qui vaut au moins λ · (D/2d).
Par ailleurs, la distance (toujours selon X) entre une frange brillante et une frange sombre sur le second écran vaut aussi λ · (D/2d).
Au final on trouve que l'incertitude en impulsion requise afin de pouvoir déterminer par quelle fente est passée la particule est telle
que l'incertitude en position est de l'ordre de la distance entre deux extrema successifs du patron d'interférence. En moyennant sur
cette incertitude, les interférences disparaissent [2]. Si interférences il y a, il est donc impossible de savoir par quelle fente est passée
la particule; si par contre l'on sait par quelle fente celle-ci est passée (par exemple en bouchant une des deux fentes ou en mesurant le
recul de l’écran comme ci-dessus), on détruit les interférences. Cette expérience illustre le principe de complémentarité cher à Bohr
[2,3] selon lequel les comportements corpusculaire et ondulatoire constituent deux propriétés complémentaires mais incompatibles
des systèmes quantiques, impossibles à mesurer simultanément.
Record both the kicks and the fringes.
Conclude from the kicks that each
quantum of energy comes through a
single slit alone; from the fringes, that
it nevertheless also comes through both
slits. But this conclusion is self-contradictory.
Therefore quantum theory destroys
itself by internal inconsistency.
... Bohr a objecté du fait que l'écran
lui-même devait être considéré
comme un objet quantique, soumis
aux relations d'incertitude de
Heisenberg, qui contraignent, pour
tout objet quantique, le produit de
Figure 2. Paradoxe de Wheeler: (a) comportement
ondulatoire, (b) comportement corpusculaire.
l'incertitude en position avec l'incertitude
en impulsion.
Comme nous le montrerons
ci-dessous, le paradoxe de Wheeler
[3] apporte un éclairage neuf sur la
question, et remet en cause la préconception
classique selon laquelle
les résultats des observations préexistent
à la mesure.
24 www.photoniques.com I Photoniques 115

EXPÉRIENCE MARQUANTE
EXPÉRIENCE À CHOIX RETARDÉ
DE WHEELER
Considérons un interféromètre de
Mach-Zehnder dans lequel interfèrent
deux chemins : le chemin
du haut (up) et le chemin du bas
(down). Ce schéma est très proche
de l'interféromètre de Young (le
chemin du haut (bas) correspondant
à la fente du haut (bas)), mais
il permet en outre de choisir en fin
de parcours si l'on fait interférer
Figure 3. Réalisation expérimentale.
ou non les deux chemins. Le choix
se fait en interposant (ou non) un
séparateur de faisceau (beamsplitter-BS)
en fin de parcours. Si l'interférence
a lieu (figure 2a), on met en
évidence une propriété ondulatoire,
sinon on peut savoir quel était le
chemin suivi (figure 2b), ce qui révèle
une propriété corpusculaire de
l'objet quantique envoyé dans l'interféromètre.
L'idée de Wheeler [3]
est que l'expérimentateur situé en
fin de parcours peut retarder son
choix jusqu'au dernier moment.
John Bell écrit à ce sujet [4]: … «
Here it seems possible to choose, later,
whether the particle, earlier, passed
through one slit or two ! »…
« Tout se passe donc comme si »
le choix fait en fin de parcours par
l'expérimentateur localisait
Photoniques 115 I www.photoniques.com 25

EXPÉRIENCE MARQUANTE
(ou non) l'objet quantique a posteriori,
ce qui semble contredire
le principe de causalité. Wheeler
va même jusqu’à imaginer un interféromètre
de taille cosmique
(plusieurs années-lumière), auquel
cas le choix se fait plusieurs
années après que l’objet ait pénétré
dans l’interféromètre.
RÉALISATION EXPÉRIMENTALE
Les expériences de pensée conçues
par les pères fondateurs de la théorie
quantique sont désormais réalité.
L'expérience du choix retardé à la
Wheeler a par exemple été réalisée
à Paris avec des photons uniques
[4]. Lors de cette expérience, la
taille de l'interféromètre était de 48
m. Le temps mis par la lumière pour
traverser l’interféromètre est alors
de seulement 160 ns. Néanmoins
le choix de la base de mesure (ondulatoire
ou corpusculaire) était
bien effectué après que la lumière
ait pénétré dans l'interféromètre,
ce qui en fait une authentique expérience
à choix différé. En outre,
tout a été mis en œuvre pour éviter
que le choix du mode (ouvert ou
fermé) ne soit divulgué au moment
où celle-ci pénètre dans l’interféromètre,
ce qui a donné lieu à divers
raffinements technologiques :
1. Le photon unique est produit par
l’activation d’un centre NV commandé
par une horloge émettant
des impulsions courtes au rythme
de 4.2 MHz, soit un nouveau photon
toutes les 238 ns environ.
2. L’horloge commande simultanément
l’activation du mode (ouvert
ou fermé) en sortie d’interféromètre,
conformément au choix
fait par un générateur quantique
de bits aléatoires indépendant
basé sur le bruit de grenaille d’une
source lumineuse placée près de
la sortie et consultée « au dernier
moment ».
3. Ce choix est imprévisible et n’advient
que lorsque la lumière est
déjà à mi-chemin dans l’interféromètre
(après 80 ns). L’activation du
mode prend elle-même un temps
de l’ordre de 40 ns.
4. En mode ouvert, les détections en
sortie sont quasiment (à 99 %)
les mêmes que celles obtenues en
bouchant un des deux chemins.
5. En mode fermé on obtient des
interférences de haute visibilité
(94 %) en variant la différence
de chemin optique entre les
deux bras.
6. Pour vérifier que la source émet
bien des photons uniques, on
mesure le taux de détection en
coïncidence par un détecteur
placé dans le chemin vertical
(D1 dans les figures 2a et 2b) et
l’autre dans le chemin horizontal
(D2 dans les figures 2a et 2b).
Le taux mesuré ainsi est proche
de zéro.
TRAJECTOIRES QUANTIQUES À LA DE BROGLIE-BOHM
Dans l'interprétation réaliste de de Broglie-
Bohm [4,6], la particule se comporte comme
un point matériel, dont la trajectoire,
continue dans l'espace et le temps est
supposée obéir à l'équation de guidance
v Q = J Q /ρ Q où J Q représente le flux de
probabilité associé à la densité ρ Q via
l'équation de conservation (∂/∂t)ρ Q + div.
(J Q ) = 0.
Par exemple, dans l'expérience des
deux fentes, la densité ρ Q au point x vaut
|Ψ(x, t)| 2 et le flux J Q est proportionnel à
Im.((Ψ* (x, t) )Ψ(x, t)), tandis que l' « ondepilote
» est la superposition d'une onde
associée au passage par la fente du dessus
avec une onde associée au passage par la
Figure 4. (a) Trajectoires individuelles de de Broglie-Bohm dans une interférence à la
Young (cf figure 1) et (b) histogramme des populations au niveau du second écran
(cf. figure 1) obtenues en moyennant sur les trajectoires reprises en figure 4a. © M. Hatifi
fente du dessous : Ψ(x, t)=Ψ up (x, t)+Ψ down (x, t). Les trajectoires quantiques se focalisent dans les régions où ces deux ondes interfèrent
de manière constructive (ventres), et fuient les régions d'interférence destructive (noeuds) de manière à reproduire à chaque instant
la distribution de probabilité quantique ρ Q (x, t), comme on peut le voir sur les figures 4a et 4b. Contrairement à l’intuition d’Einstein, il
n’y a pas de déflection « ressentie » par le premier écran lors du passage du corpuscule par une des fentes car il n’y a pas de rétroaction
du corpuscule sur son onde pilote. En outre la déflection s’explique ici en termes de self-accélération due au guidage du corpuscule
par l’onde pilote, ce qui annule l’argument d’Einstein basé sur les lois de conservation. Les lois de conservation, ainsi que les relations
d’incertitude sont vraies « en moyenne seulement » et sont violées au niveau des trajectoires de de Broglie-Bohm individuelles.
26 www.photoniques.com I Photoniques 115

EXPÉRIENCE MARQUANTE
DISCUSSION ET CONCLUSION
Le choix retardé semble ici influencer
le passé causal de l'objet. De fait, l’on
peut objecter à juste titre que le paradoxe
n'est qu'apparent [3]: rien ne dit
que la réalité de la nature corpusculaire
ou ondulatoire de l'objet quantique préexiste
à la mesure. Wheeler écrit à ce
sujet [3]: … « More generally, we would
seem forced to say that no phenomenon
is a phenomenon until (…) it is an observed
phenomenon »… L'on sait désormais
que la mesure quantique est intrinsèquement
contextuelle, ce qui est une
manière de dire que, d'une certaine
manière, l'observation crée le résultat
de la mesure, comme Bohr l’avait
déjà pressenti. Même si, encore aujourd’hui,
le débat semble donner raison
à Bohr plutôt qu'à Einstein, à tout
le moins en ce qui concerne la complémentarité
onde-corpuscule, le débat
de fonds entre réalistes (Einstein, de
Broglie, Bohm) et orthodoxes (Bohr,
Heisenberg, von Neumann, Pauli) n'est
cependant pas entièrement clos. Rien
n’interdit en effet d’imaginer ce qui se
passe en l’absence de mesure. C'est
le cas dans l'approche de de Broglie-
Bohm (voir figures 4 et 5) selon laquelle
les corpuscules quantiques possèdent
une trajectoire continue dans l'espace
et le temps [4,6], régie par l'équation
de guidance de de Broglie. Dans les
expériences considérées ici (interféromètres
de Young et ou Mach-Zehnder),
même si la particule passe par un des
bras de l'interféromètre seulement
(comme le pensait Einstein), son
onde pilote se bilocalise le long des
deux chemins, ce qui nous éloigne irrémédiablement
de la description d'un
corpuscule classique. Dans cette interprétation,
la particule est toujours localisée,
à tout instant, et le choix retardé
à la Wheeler n'influence en aucune
manière le passé [4,6]. Cependant, ce
choix influence de manière contextuelle
l'évolution subséquente des trajectoires
quantiques.
Quelle que soit l'interprétation adoptée
pour décrire la dualité onde-particule,
il est impératif de dépasser nos
RÉFÉRENCES
préconceptions classiques. En particulier
il faut abandonner l'idée selon
laquelle les résultats des observations
préexistent à la mesure : « tout se passe
comme si » la mesure cocréait le résultat
de mesure. Il faut aussi oublier
l'image du point matériel newtonien
uniquement soumis à des influences
locales. Bohr a été le premier, avec raison,
à attirer notre attention sur le fait
que nos présupposés et nos préjugés
ne nous permettront jamais d'appréhender
toute la réalité du monde physique
et que la connaissance de cette
dernière ne peut s’obtenir en absence
de mesure. Cette vérité élémentaire
constitue aussi une porte ouverte à la
diversité des schémas interprétatifs de
la physique quantique [4].
[1] R.P. Feynman, R. B. Leighton, M. L. Sands, Lectures on Physics (Addison-Wesley, Reading, MA), 1965
[2] M. Rabinowitz, Mod. Phys. Lett. B 9, 763 (2005)
[3] J.A. Wheeler, "The "Past" and the "Delayed-Choice Double-Slit Experiment", pp 9–48 in
Mathematical Foundations of Quantum Theory, (A.R. Marlow, editor), Academic Press, 1978
[4] J. Bell, Int. Journ. Of Quantum Chemistry: Quantum Chemistry Symposium 14,
pp 155-159 (1980). Reprinted in Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, First Edition,
World Scientific Singapore, 2001
[5] V. Jacques, E. Wu, F. Grosshans, F. Treussart, P. Grangier, A. Aspect, J.-F. Roch, Science 315,
966-968 (2007)
[6] D.J. Bohm, C. Dewdney, and B. H. Hiley, Nature 315, 294–297 (1985)
Photoniques 115 I www.photoniques.com 27

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
PERCEPTION LIDAR 3D
POUR L’AIDE À LA
CONDUITE AUTONOME
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Nicolas RIVIERE 1 , Paul-Édouard DUPOUY 1
1
ONERA, The French Aerospace Lab, Département Optique et Techniques Associées, Toulouse
*nicolas.riviere@onera.fr
Le LiDAR 3D est une technique d’imagerie active qui
délivre une information tridimensionnelle des objets en
haute résolution. Elle bénéficie de nombreux avantages
comme la faible sensibilité à l’éclairement naturel ou à
l’environnement opérationnel pour des applications de
navigation autonome ou de cartographie précise.
https://doi.org/10.1051/photon/202211528
Article publié en accès libre sous les conditions définies par la licence Creative Commons Attribution License CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), qui autorise
sans restrictions l’utilisation, la diffusion, et la reproduction sur quelque support que ce soit, sous réserve de citation correcte de la publication originale.
Les travaux de recherche
et applications dans le
domaine des villes intelligentes
et des véhicules
autonomes font de
plus en plus appel aux
avantages de la perception en trois
dimensions de l’environnement.
Les développeurs se tournent vers
le LiDAR 3D soit pour compléter les
technologies de détection existantes
voire les remplacer, soit pour créer
des solutions qui étaient autrefois
irréalisables.
Contrairement aux technologies de
perception 2D existantes, le LiDAR
3D produit des mesures spatiales
détaillées permettant de produire
des cartographies précises d’une
scène. Il fonctionne en environnements
contraints, de jour comme de
nuit, en présence de lumière directe
du soleil et quelles que soient les
conditions météorologiques (pluie,
brouillard…).
Le secteur automobile a été l'un des
premiers à adopter cette technologie
à des fins de perception et d’aide à la
navigation autonome grand public.
La conduite autonome entre dans
une phase de pré-industrialisation,
avec des progrès significatifs réalisés
ces dernières années. Le système de
perception embarqué et dédié à la
navigation autonome est une combinaison
de capteurs actifs et passifs
tels que des caméras (visible et infrarouge),
des radars et des LiDAR 3D
[01]. La technologie LiDAR 3D est encore
trop chère pour être produite à
grande échelle et équiper les voitures
grand public à un prix abordable.
Aujourd’hui, la concurrence est intense
entre plus de 100 nouveaux
fabricants de systèmes LiDAR 3D.
Le rapport performances / coût devient
donc plus attractif pour d’autres
applications moins sensibles au prix
dans de nombreux marchés verticaux
tels que les villes intelligentes,
la sûreté et la sécurité, la robotique
mobile (incluant les drones) et certaines
applications industrielles.
Contrairement à ce que pense
la majorité des observateurs de
l'industrie automobile, ce ne sont
pas uniquement les coûts ou les
28 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
performances qui empêchent une adoption
plus large du LiDAR. C'est la richesse
de l’information acquise et la complexité
associée à l’exploitation des données issues
de cette technologie qui constituent
les principaux freins à son développement
grand public. Cette remarque est
d’autant plus vraie lorsqu’une application
temps réel est recherchée, contrairement
à la cartographie 3D aérienne par
exemple où des temps de post-traitement
relativement longs sont acceptables.
TECHNOLOGIES LIDAR 3D
Différentes familles de systèmes LiDAR
3D sont disponibles. Elles dépendent
de la technologie et de la méthode de
mesure mises en œuvre : mesure par
modulation ou dite « temps de vol »
de l’impulsion, mode d’acquisition
par balayage (scanner) ou non (mode
flash), méthode de détection en mode
linéaire ou Geiger... À la base, tous ces
systèmes émettent une impulsion laser
puis acquièrent l’impulsion retour après
réflexion sur des objets présents dans
la scène. Le temps entre l'émission de
l'impulsion et son retour détecté par
le système permet de télémétrer la
distance entre le LiDAR et l'objet éclairé.
Certains instruments enregistrent
plusieurs échos retours sur une même
ligne de visée, leur permettant de mesurer
dans certains cas un premier écho
retour correspondant à l’enveloppe de
la végétation et un dernier écho retour
correspondant au sol (voir Fig. 1). Cela
implique une capacité à détecter et à localiser
des objets plus petits que la taille
du spot du faisceau laser. Le résultat de
la mesure est représenté sous la forme
d’un nuage de points 3D incluant une
information en intensité (voire en réflectance
équivalente si l’instrument est
étalonné). Pour des applications embarquées,
la connaissance à tout instant de
l’attitude du porteur (véhicule roulant,
drone, avion ou navire) en termes de localisation
et d’orientation est indispensable
pour géo-référencer dans l’espace
tous les points 3D acquis.
La mesure de télémétrie obéit à l'équation
lidar qui relie la puissance optique
reçue sur le détecteur (P R ) à la puissance
émise puis transmise (P T ), au paramètre
de forme (K) et à la largeur du faisceau φ
(en radians), à la distance de la cible (R),
à l’aire effectivement éclairée sur la cible
(A), au facteur de réflectivité spécifique
au matériau en fonction de l'angle d’éclairement
(B), aux facteurs d'atténuation
pour la transmission et la propagation
retour (η T et η R ) et au diamètre de l'ouverture
du récepteur (D).
P R = P T • (—
K
φ ) • ( η T
—
2 4πR ) •(A 2 * B) • (
η
— R
4πR ) • (—
πD2
2 4 )
La résolution transversale pour les
LiDAR 3D est définie par le critère de
Rayleigh. Elle dépend, entre autres,
de la longueur d'onde et de la taille de
l'ouverture du récepteur. La taille angulaire
typique du faisceau optique pour
un imageur LiDAR est de l'ordre de 0,1
à 1,0 mrad. Cette taille augmente et la
résolution spatiale diminue avec la distance.
La résolution en profondeur est
définie quant à elle par la précision de
l’électronique de synchronisation et
reste constante quelle que soit la portée.
Pour les systèmes LiDAR 3D et pour la
plupart des distances d'intérêt (souvent
inférieures à 2 km), la taille du spot laser
et la résolution en profondeur évoluent
peu, permettant d’atteindre des résolutions
compatibles des exigences de navigation
ou de cartographie précise. Ainsi,
la résolution en distance est de quelques
centimètres à quelques millimètres.
L’échantillonnage et la génération du
nuage de points 3D sont réalisés soit par
balayage du faisceau laser sur la scène,
soit par une approche dite LiDAR Flash
à plan focal. Comme son nom l'indique,
un LiDAR 3D scanner balaye la scène à
l’aide d’un ou plusieurs faisceaux laser,
réalisant une mesure de distance en profondeur
pour chaque pas angulaire. Les
modèles de balayage sont fixés par l’application
visée. Les motifs de balayage
spécifiques sont accessibles et mettent
en œuvre différents éléments optiques
de déviation tels que des prismes, des
réseaux ou des miroirs. De nombreux
LiDAR 3D automobiles balayent un
cercle et utilisent un simple miroir à rotation
continue. Afin de fournir une plus
grande couverture, plusieurs faisceaux
(jusqu'à 128) peuvent balayer l’espace en
même temps comme proposé par les sociétés
Velodyne ou Ouster.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 29

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
Pour des champs de vue plus étroits
(ex. 30 × 60 degrés pour Neptec), une
paire de prismes de Risley à rotation
continue à vitesses différentes pour
générer un balayage de type « rosette
» est privilégiée pour fournir
une couverture rapide et plus grande.
Certains produits permettent de programmer
dynamiquement des motifs
de balayage comme proposé par la
société Arete. Le temps de numérisation
dépend de l’étendue de la zone
à couvrir, de la méthode / motif de
balayage et des limites mécaniques
du scanner. En général, ces systèmes
ont des taux de rafraichissement de
l’image de l’ordre du Hertz. Les LiDAR
3D dits Flash tels que ceux produits
par ASC ont la particularité de couvrir
de larges champs de vue avec
une unique impulsion (faisceau laser
divergent). Ils mettent en œuvre des
détecteurs multipixels (plans focaux
matriciels) avec une information télémétrique
intégrée. Les fréquences
de fonctionnement sont plus élevées
que les systèmes LiDAR à balayage
sans utiliser de pièce mécanique
mobile. L'inconvénient reste l'énergie
nécessaire lors de la génération
Figure 1. Schémas de principe de la mesure
de télémétrie à l’aide de systèmes LiDAR 3D à
balayage et à plan focal.
Figure 2. Test de navettes autonomes EZ10 du
français EasyMile au CEA à Saclay par la RATP.
de chaque impulsion, réduisant ainsi
la portée effective du système pour
satisfaire les contraintes de sécurité
oculaire. D’autre part, la résolution
est souvent limitée et fixe, avec des
plans focaux bénéficiant d’une centaine
de milliers de pixels.
30 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
De nos jours, il est courant d’atteindre
des fréquences d’acquisition
dynamiquement ajustables qui
dépassent les 25 kHz (application
longue portée) voire les 200 kHz
(application courte portée). Notons
que la plupart des LiDAR 3D sont
conçus historiquement pour des
applications robotiques opérant par
temps clair et en intérieur. Certains
systèmes (Neptec, Arete) sont spécifiquement
conçus pour maintenir
la fonction de perception par faible
visibilité, en présence d’obscurants
sur la ligne de visée. L’ONERA s’est
associé à l’entreprise EASYMILE
et au CNRS-LAAS pour estimer les
performances des systèmes LiDAR
3D en présence de conditions météorologiques
dégradées. La diffusion
et l’absorption du faisceau laser par
les aérosols et les hydrométéores
présents sur la ligne de visée augmentent
le nombre d’échos parasites
et diminuent le rapport signal
sur bruit. In fine, la portée globale
du LiDAR est limitée. Ces variations
sont fortement dépendantes de
l’environnement direct du véhicule
autonome et doivent être considérées
pour adapter la réactivité des
systèmes de perception et de navigation
[02]. L’analyse de la distribution
spatiale des échos retour (y
compris les échos parasites reliés
aux événements de diffusion sur
la ligne de visée) permet d’estimer
les conditions météorologiques et
d’adapter la vitesse d’un véhicule ou
ses distances de freinage. La plupart
des LiDAR sont développés pour des
applications inférieures à 2 km. S’il
est nécessaire d’augmenter leurs distances
de travail, une attention particulière
est portée sur la puissance
de la source laser, la sensibilité du
détecteur et la prise en compte de
l'atténuation atmosphérique (incluant
atténuation et phénomènes
de diffusion par les aérosols). La
plupart des LiDAR 3D du commerce
utilisent des détecteurs à réponse
linéaire. Cette approche autorise la
mesure de plusieurs échos retour
sur une ligne de visée générés par
une seule impulsion. Les détecteurs
fonctionnant en mode Geiger
sont plus sensibles et permettent
la détection d’un photon unique.
Ils sont limités, le plus souvent, à
la détection d'un seul écho retour
par impulsion. Ce type de LiDAR
3D à mode Geiger est souvent privilégié
pour des applications longue
portée ou pour des applications
nécessitant une forte sensibilité et
une détection statistique du faible
nombre de photons revenant vers
l’instrument après, par exemple,
le passage de milieux obscurants
[03]. Nous avons vu précédemment
que l’utilisation de LiDAR 3D pour
les véhicules autonomes stimule
fortement leur développement. La
maîtrise des coûts dictée par
Photoniques 115 I www.photoniques.com 31

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
ce domaine d’application impose
une portée réduite et inférieure à
500 m, un traitement par temps de
vol simple, un rafraîchissement de
l’image 3D via de multiples faisceaux
laser et une utilisation à privilégier
par temps clair. Ces systèmes LiDAR
3D sont généralement considérés
comme commercialement prêts à
l'emploi et n'ont pas de paramètres
ajustables par l’utilisateur.
IMAGERIE LASER 3D
EMBARQUÉE SUR VÉHICULES
AUTONOMES
Les méthodes classiques de traitement
d'images passives estiment
les distances entre objets dans une
scène à partir de données acquises
par des détecteurs matriciels (deux
dimensions). De nombreux progrès
ont été réalisés ces dernières décennies
dans la perception par caméras
passives à bas coût. Cependant,
cette approche reste perfectible en
précision lors de l'estimation des
distances notamment pour des solutions
non-stéréo dites monoculaires.
Les LiDAR 3D sont des systèmes actifs
constitués entre autres par un
bloc détecteur colocalisé avec une
Figure 3. Nuage de points obtenu avec un
LiDAR 3D embarqué sur drone et transmis en
temps réel à un opérateur situé à plusieurs
kilomètres de distance pour des applications
de sureté.
source laser. La télémétrie précise
des objets est obtenue par traitement
des échos « retour » après réflexion
sur les surfaces éclairées par le faisceau
laser.
Actuellement, de nombreux véhicules
autonomes haut de gamme
mettent en œuvre des systèmes
LiDAR 3D couplés au système de
perception malgré leur coût élevé
et la présence de pièces mobiles
souvent décriées pour des applications
embarquées. Plusieurs projets
sont conduits dans différents
pays comme par exemples le projet
Paris2Connect [04] et les essais opérationnels
réalisés dans la région
de Paris-Saclay (projet EVAPS) [05]
où plusieurs entreprises (Easymile,
RATP, Institut Vedecom, Renault,
Transdev) collaborent pour exploiter
des services d’éco-mobilité basés
sur les véhicules autonomes. En
complément de l’aspect système, il
est important de considérer les algorithmes
de traitement du signal
LiDAR 3D dont les développements
sont en pleine expansion. Pour un
véhicule autonome, les LiDAR sont
principalement utilisés pour la perception
et la localisation précise.
Du point de vue de l'utilisateur, la
sortie d'un système de perception
doit comprendre les trois niveaux
d'informations suivants : (i) une
description physique de la pose, de
la vitesse et de la forme des objets
en présence, (ii) une description
sémantique de la scène par classes
d'objets et (iii) une prédiction ou
probabilité de comportement pour
les objets dynamiques. La société
EasyMile est un leader mondial
en matière de solutions de mobilité
intelligentes et de technologie
sans chauffeur. Elle développe
des logiciels pour automatiser
les plateformes de transport notamment
pour l’acheminement
des passagers (projet EZ10) et des
marchandises (projet TractEasy
pour le transport de bagages sur
aéroport). En environnements
contrôlés, il est alors possible de
32 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
retirer l'opérateur de sécurité. Les
véhicules en opération (niveau 4 de
conduite autonome) gèrent la majorité
des situations de conduite de manière
indépendante. Basé sur des outils de
deep learning, les véhicules anticipent
la route et reconnaissent les comportements
des autres usagers. Plusieurs
familles de capteurs cohabitent au sein
de l’architecture système (radars, caméras
et capteurs LiDAR 3D de nouvelle
génération). La perception de
l'environnement dans lequel évolue le
véhicule est réalisée en temps réel à
360 degrés. Les LiDAR 3D sont utilisés
pour la détection, la classification, le
suivi et la prédiction de comportement
des objets, ce qui correspond aux trois
couches d'informations du système de
perception. Les informations fournies
par un LiDAR sont considérées comme
étant plus fiables que celles fournies
par une caméra en raison de la précision
télémétrique et de l’accès natif à la
forme géométrique des objets. Notons
qu’à l’instar des véhicules terrestres,
l’ONERA a embarqué différents systèmes
LiDAR 3D sur des drones à des
fins de recherche. La figure 4 illustre
la géométrie 3D d’un bâtiment survolé
par un drone léger (type DJI S900)
équipé d’un LiDAR Velodyne. Les données
sont transmises en temps réel à
un opérateur qui se situe à plusieurs
kilomètres du site d’essai. Les données
sont géoréférencées et traitées à bord
de la plateforme drone pour limiter
le flux du transfert d’information. Ces
données contextuelles peuvent être directement
exploitées par un système
de navigation autonome du drone et
transmises à un opérateur à des fins de
contrôle ou de surveillance [06].
SYNTHÈSE
Contrairement à la photogrammétrie, les
LiDAR 3D améliorent la reconnaissance
d’obstacles à courte portée pour la navigation
autonome de véhicules terrestres
/ aériens et répondent aux besoins en
imagerie télémétrique en condition de
visibilité dégradée. L’accroissement de
la portée des LiDAR 3D et de leur robustesse
face à un environnement dégradé
(par exemple faible visibilité météo) ainsi
que la réduction de l’encombrement et
des coûts de fabrication sont des défis
importants pour l’avenir.
RÉFÉRENCES
[1] J. L. Leonard, J. Field Robot. 25(10), 727–774 (2008),
https://doi.org/10.1002/rob.20262
[2] K. Montalban, C. Reymann, D. Atchuthan, P-E. Dupouy, N. Riviere, S. Lacroix,
Atmosphere 12, 738 (2021), https://doi.org/10.3390/atmos12060738
[3] N. Riviere, G. Anna, L. Hespel et al., "Modeling of an active burst illumination imaging
system: comparison between experimental and modelled 3D scene," Proc. SPIE 7835,
Electro-Optical Remote Sensing, Photonic Technologies, and Applications IV, 783509 (2010),
https://doi.org/10.1117/12.864694
[4] La RATP se rapproche de Vedecom pour tester des véhicules autonomes et des routes
connectées, https://www.usine-digitale.fr/article/la-ratp-se-rapproche-de-vedecompourtester-des-vehicules-autonomes-et-des-routes-connectees.N829860
[5] Projet EVAPS (Eco-mobilité par Véhicules Autonomes sur le territoire de Paris-Saclay),
http://www.paris-saclay.com/fonctionnalites/actualites-109/des-vehicules-autonomes-testesa-paris-saclay-3156.html?cHash=3b8f29a3e9f2843287a002d6824d4144
[06] G. Athanasiou, A. Amditis, N. Riviere, E. Makri, A. Bartzas et al., "INACHUS: Integrated
wide area situation awarenesss and survivor localisation in search and rescure
operations”, 5 th International Conference on Earth Observation for Global Changes
(EOGC) and the 7 th Geoinformation Technologies for Natural Disaster Management
(GiT4NDM), UAE (2015)
Photoniques 115 I www.photoniques.com 33

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
LA NANOPHOTONIQUE :
DES SOLUTIONS POUR
DES SYSTÈMES DE VISUALISATION
AMÉLIORÉS ET COMPACTÉS
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Béatrice DAGENS 1, *, Gil CARDOSO 1 , Marius CROUZIER 1 , Vy YAM 1 , Frédéric HAMOUDA 1 , Giovanni MAGNO 2 ,
Aloyse DEGIRON 3 , Thomas LOPEZ 4
1
Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Palaiseau, France
2
Department of Electrical and Information Engineering, Polytechnic University of Bari, Bari, Italy
3
Université Paris Cité, CNRS, Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Paris, France
4
Stellantis, Direction Scientifique, Centre technique de Vélizy, Vélizy-Villacoublay, France
*beatrice.dagens@c2n.upsaclay.fr
https://doi.org/10.1051/photon/202211534
Article publié en accès libre sous les conditions définies par la licence Creative
Commons Attribution License CC-BY (https://creativecommons.org/
licenses/by/4.0), qui autorise sans restrictions l’utilisation, la diffusion, et
la reproduction sur quelque support que ce soit, sous réserve de citation
correcte de la publication originale.
La nanophotonique a un rôle à jouer pour compacter,
alléger et améliorer les systèmes optiques pour les
applications de mobilité. Elle offre des solutions non
accessibles à l’optique réfractive du fait de son caractère
modulaire et de sa compatibilité avec les technologies
planaires. En retour, de nouvelles problématiques
scientifiques et technologiques lui sont posées, dont nous
présentons ici quelques exemples : fonctionnalisation
plasmonique d’écrans transparents, émetteur cohérent
planaire vectorisé par des plasmons, adressage matriciel
de pixels submicroniques.
Porté par l’évolution des
besoins en mobilité,
le véhicule est actuellement
en pleine transition
technologique
et d’usage vis-à-vis de
l’électrification, de la conduite autonome
et des nouveaux rapports entre
l’usager et sa solution économique.
Les composants optiques sont au cœur
des nouvelles Interfaces Homme-
Machine (IHM) à développer pour
accompagner ces évolutions, comme
illustré sur la figure 1 : écrans 3D, réalité
augmentée, communication avec
l’éclairage/signalisation, vitrages intelligents,
caméras/LIDAR pour aides
à la conduite. Dans ce cadre, les progrès
de l’holographie intéressent les
acteurs automobiles mais souffrent
actuellement d’une dépendance aux
sources lasantes et à des optiques de
mise en forme du faisceau volumineuses.
De manière générale, la multiplication
des nouvelles fonctions
optiques nécessite le compactage
voire la miniaturisation des systèmes
optiques et leur commande à bord du
véhicule. C’est ici qu’entre en scène la
photonique : combinant la structuration
sub-longueur d’onde des matériaux
avec l’approche de fabrication
planaire de l’optoélectronique, des
éléments optiques conformables et
de très haute résolution peuvent être
conçus pour façonner la lumière à la
demande, avec des moyens technologiques
potentiellement bas-coût. De
tels éléments répondent au besoin
34 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
de compacité tout en permettant
l’utilisation de nombreuses fonctions
optiques dans les systèmes mobiles.
Cela concerne d’ailleurs aussi bien
le secteur de l’automobile, de l’aviation
et même de la mobilité individuelle
(défense, santé), pour lesquels les systèmes
visés reposent sur plusieurs éléments
optiques clés similaires :
• les systèmes de réalité augmentée
nécessitent un support grande surface
tel qu’un pare-brise, une visière
de casque ou des verres de lunettes,
a priori courbé, à la fois hautement
réfléchissant pour certaines longueurs
d’onde et transparent sur
l’ensemble du spectre visible ;
• les systèmes d’affichage holographique,
fixes ou reconfigurables,
doivent être entièrement planarisés,
et de préférence transparents.
Ils nécessitent une source planaire
de lumière cohérente et émettant
sur une grande surface, afin de révéler
l’hologramme. La réalisation
d’hologrammes numériques reconfigurables
et haute résolution,
est également un moyen d’améliorer
considérablement la qualité du
rendu visuel ;
• les sources d’éclairage directionnelles
nécessitent une lumière
cohérente pour la compatibilité à
l’holographie, mais non lasante pour
des raisons de sécurité oculaire.
La nanophotonique offre des solutions
versatiles pour ces systèmes :
la plasmonique localisée permet de
moduler la réflectance d’un substrat
fonctionnalisé ; l’optique guidée planaire
permet de distribuer la lumière
sur une surface avant sa réémission
ou bien d’adresser individuellement
des pixels, contrôlés et miniaturisés
par des structures plasmoniques ;
enfin, les approches technologiques
d’auto-organisation et de nanoimpression
ouvrent la possibilité d’une
fabrication grande surface et bascoût
de ces composants nanostructurés.
Si la démonstration complète de
ces systèmes reste encore au niveau
de la recherche, les concepts élémentaires
sous-jacents et leurs premières
réalisations en montrent déjà le potentiel.
En retour, les verrous rencontrés
permettent de poser de nouvelles
problématiques pour la photonique.
ÉCRAN TRANSPARENT
POUR SYSTÈMES DE
RÉALITÉ AUGMENTÉE
Le principe de la réalité augmentée
consiste à permettre à un observateur
de voir simultanément l’ensemble
de la scène dans laquelle il
Photoniques 115 I www.photoniques.com 35

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
évolue et l’affichage d’informations
virtuelles, sans effort d’accommodation.
En d’autres termes, la position
de l’image virtuelle doit être dans
son champ de vision lointaine. Ainsi
dans les systèmes de Vision Tête Haute
(VTH) le support de l’image est une
lame de verre transparente sur laquelle
se réfléchit l’image d’un écran
lumineux positionné à une distance
assez grande de la lame et dans une
zone du tableau de bord non visible
directement par le conducteur. Cette
lame est soit escamotable soit insérée
dans le pare-brise, et en général non
plane. Sans traitement de surface, la
réflectivité du verre reste limitée à
quelques pourcents, ce qui ne permet
pas un bon rendu visuel dans toutes
les situations (temps ensoleillé, lumière
diffusante), ou alors nécessite
d’augmenter considérablement la
luminosité de l’écran. Un objectif important
est donc d’augmenter le taux
de réflectivité de la lame pour certaines
longueurs d’onde (idéalement
les trois couleurs RVB) sans dégrader
ses qualités de transparence. Celleci
sera préservée non seulement en
maximisant la transmission de la lumière
mais également en évitant des
effets de diffusion ou de diffraction.
Par ailleurs, le rendu visuel ne doit pas
dépendre de l’angle d’observation, le
conducteur étant susceptible de bouger
dans un secteur de +/- 60° autour
d’une direction spéculaire « centrale ».
Bénéficiant de nombreux degrés de liberté
de conception et d’agencement,
les nanostructures à plasmons localisés
peuvent répondre à l’ensemble
de ces caractéristiques (génération
d’un ou plusieurs pics de réflectivité,
indépendance à l’angle d’observation,
préservation de la transparence) avec
un procédé technologique potentiellement
grande surface et bas-coût.
Surfaces transparentes
et réfléchissantes à base
de résonateurs plasmoniques
Les résonances dans des structures
métalliques plasmoniques résultent
du couplage entre une onde électromagnétique
et les électrons de conduction
de surface du métal (en argent, ici).
Dans le cas de nanostructures, le
plasmon de surface reste localisé et
sa fréquence de résonance dépend
principalement des dimensions, du
facteur de forme et de l’environnement
de la particule métallique. Avec
ses dimensions sub-longueurs d’onde,
le résonateur a un impact négligeable
sur les ondes électromagnétiques loin
de sa résonance et il apparait comme
quasi-transparent. Au contraire, à la
résonance, il induit une augmentation
significative de la réflectivité, qui
combinée aux pertes ohmiques réduit
fortement la transmission de la fréquence
optique correspondante. Ainsi
une assemblée de nanostructures plasmoniques
(NP) identiques réparties sur
un substrat transparent modifie la réflectance
et la transmittance spectrales
de l’objet, et en conséquence sa couleur
lorsque la résonance se produit dans la
gamme du visible.
L’agencement spatial de cette assemblée
a également un impact sur
les propriétés optiques globales du
substrat fonctionnalisé : une organisation
périodique non sub-longueur
d’onde diffracte la lumière à certaines
combinaisons angle d’incidence - fréquence
; une organisation aléatoire
évite ces effets de diffraction mais
génère une apparence « laiteuse » par
effet de diffusion lumineuse. Entre les
deux, l’agencement en désordre corrélé,
comme dans le cas de structures
hyperuniformes, permet de définir
des gammes angulo-spectrales de
Figure 1. Principaux systèmes optiques
développés pour les IHM de demain
(réalité augmentée, holographie, source
directionnelle, écrans 3D)
fonctionnement sans diffraction ni
diffusion de la lumière, même dans le
cas d’organisations non sub-longueurs
d’onde [1].
La géométrie des nanostructures
et leur agencement sont ainsi deux
paramètres indépendants pour le
contrôle des propriétés optiques globales
de la lame fonctionnalisée [2].
Pour une résonance donnée, seule la
densité surfacique des résonateurs
modifie ces propriétés. Par exemple,
une densité de 16 NP/µm² de structures
plasmoniques résonnantes à
590 nm (couleur orange), agencées
suivant un désordre corrélé, permet
d’augmenter la réflectivité à cette
fréquence à plus de 70 % (pour une
polarisation linéaire), tout en gardant
une transmittance sur l’ensemble
du visible (et les deux polarisations
linéaires) au-dessus de 60 %, avec un
angle d’incidence de 45°. Cela correspond
à un niveau de fonctionnement
compatible avec les systèmes VTH
de l’automobile, et ce malgré la largeur
des résonances plasmoniques.
Le rendu visuel est illustré en figure
2(a) sur un système VTH de laboratoire
: l’image transmise reste nette,
et l’image réfléchie apparait plus lumineuse
sur la zone fonctionnalisée
(traits pointillés blancs).
36 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
Fabrication grande surface
d’une assemblée
de résonateurs plasmoniques
La démonstration de la figure 2(a) a été
faite pour des nanostructures définies
par lithographie électronique, sur une
surface à la limite des capacités actuelles
de cette technique (1 cm²). Afin
d’être viable pour les applications de
visualisation mentionnées précédemment,
la méthode de fabrication doit
évoluer vers une technique bas-coût
permettant la nanostructuration sur
des grandes surfaces. Les dimensions
visées à terme sont typiquement des
assemblées de nanocylindres métalliques
de 30 nm d’épaisseur et 100 nm
de diamètre, avec une densité spatiale
moyenne de 16 NP/µm² sur une surface
de plusieurs dizaines de cm². Les
techniques de nanofabrication grande
surface les plus prometteuses sont
celles à base d’auto-assemblage de
nanostructures (en général des nanosphères)
ou celles utilisant la réplication
d’un motif par nanoimpression.
Avec ces techniques, qui peuvent
être combinées, la transparence de
la lame fonctionnalisée peut être affectée
par les défauts de fabrication.
Pour caractériser leur influence sur
le rendu optique, on peut utiliser le
facteur de structure de l’agencement
spatial qui décrit le niveau d’ordre
partiel et renseigne sur les propriétés
angulo-spectrales de diffusion et/
ou de diffraction de la métasurface
[1]. La zone d’intérêt correspond ici
à la gamme du visible (400-800 nm)
et aux angles d’observation de ~15° à
60°, angles limites déterminés respectivement
par la zone superposée au
spéculaire et par les mouvements supposés
de l’observateur par rapport à la
lame. Pour cette zone d’observation,
le facteur de structure doit présenter
des valeurs typiquement inférieures à
~0,05 pour un rendu visuel acceptable.
Le procédé de fabrication comporte
une étape d’auto-assemblage de nanosphères
de polystyrène pour définir le
futur agencement spatial des nanostructures
plasmoniques, suivi d’un
transfert du motif élémentaire dans un
timbre de PDMS, et enfin sa réplication
par nanoimpression suivie d’un lift-off
d’argent [3]. Sur une surface plane, ce
procédé conduit à une structure hexagonale
compacte : afin d’éviter des effets
de diffraction dans le visible, des
nanosphères de 200 nm de diamètre
sont utilisées. Sans optimisation spécifique
de l’auto-assemblage, les défauts
d’organisation génèrent des ruptures
d’orientation de la structure hexagonale
compacte qui rendent le facteur de
structure globalement isotrope en 2D.
D’autres défauts de fabrication, comme
des « fragmentations », peuvent générer
quelques nanostructures plus
petites que celles visées. Cela affecte
principalement le spectre de réflectivité
qui devient alors très élargi (figure 2(b)).
Sur la figure 2(c), la gamme d’utilisation
angulo-spectrale de la métasurface
est représentée par la zone comprise
entre les deux traits verticaux pointillés
noirs : la métasurface fabriquée par
auto-assemblage et nanoimpression
apparait exempte d’effet de diffusion
et de diffraction sur cette gamme, et
avec une réponse optique isotrope.
La structure hexagonale compacte
fabriquée conduit néanmoins à une
densité de nanostructures plasmoniques
de plus de 22 NP/µm², très
supérieure au bon compromis réflectivité/transmittance
établi précédemment
avec une densité de 16 NP/µm².
Si le rendu visuel est similaire à celui
de la métasurface fabriquée par lithographie
électronique, la transmittance
est plus faible. Un niveau de densité
spatiale de 16 NP/µm² pourrait être
atteint en supprimant une proportion
choisie par lithographie optique
de nanostructures lors du procédé de
nanoimpression. Ce second motif,
de dimensions sup-longueurs
Photoniques 115 I www.photoniques.com 37

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
Figure 2.(a) Métasurface plasmonique à désordre corrélé avec une densité de 16 NP/µm², fabriquée par lithographie électronique sur
1 cm² : (de bas en haut) spectres de transmittance et de réflectivité en polarisation S pour différents angles d’incidence, image MEB
de la structure (insert) et rendu visuel sur système VTH. (b) Métasurface plasmonique hexagonale compacte (~22 NP/µm²) fabriquée
par auto-assemblage et nanoimpression sur une surface de 0,67 cm² : (de bas en haut) spectre de transmittance en incidence normale,
image MEB de la structure et image AFM du timbre de nanoimpression (insert) et rendu visuel sur système VTH. L’auto-assemblage
entraine une multitude d’orientations par domaines de la structure hexagonale compacte qui est macroscopiquement quasi-isotrope.
(c) Impact de l’organisation spatiale des NP sur le facteur de structure 1D (moyenne sur 360° du facteur de structure 2D)
de la métasurface dans le cas d’un désordre corrélé (a), de l’hexagonal compact à multi-orientations (b), et de ce même hexagonal
compact avec réduction de densité suivant un désordre corrélé : la densité est réduite de 50%, avec une granularité définie
par la distance d (d= 5 ou 10 µm). p désigne la distance moyenne interparticules.
d’onde, peut être conçu pour ne générer
ni diffraction ni diffusion sur
la gamme d’observation, en prenant
un arrangement basé sur un désordre
corrélé comme l’illustre la figure 2(c).
Ces résultats montrent que le caractère
discret des nanostructures
plasmoniques permet une grande
diversité de conception en jouant
sur les résonances à l’échelle nano et
sur l’agencement à l’échelle macro.
Cette approche, qui reste à confirmer
sur des plus grandes surfaces, peut
être généralisée pour l’obtention de
plusieurs couleurs, par exemple en
utilisant la polarisation de la lumière
ou en modifiant localement par lithographie
optique les dimensions des
nanostructures. Ce type de structures
peut être aisément fabriqué sur des
surfaces non planes, voire sur des
substrats souples et repositionnables.
CONCEPTS POUR SYSTÈMES
HOLOGRAPHIQUES PLANAIRES
L’holographie est une technique
d’imagerie 3D qui permet d’accéder
à la phase de l’onde que l’on souhaite
recomposer. Pour restituer
une image visible de qualité, les systèmes
holographiques nécessitent un
hologramme à résolution submicronique
et une source cohérente pour
illuminer cet hologramme sur toute
sa surface. Ces deux objectifs restent
aujourd’hui de véritables défis si on
considère que le système doit être
compact et léger, et donc se présenter
sous forme d’un système quasi-2D.
Source cohérente distribuée
La source cohérente grande surface,
à base d’éléments d’optique réfractive,
est l’élément le plus volumineux
des systèmes holographiques actuels.
Sa planarisation peut être réalisée
grâce à un répartiteur de lumière à
base de guides d’onde, différentes
portions de ces guides étant couplées
à des réseaux de diffraction répartis
sur l’ensemble de la surface. Pour
compacter le répartiteur, sa géométrie
est constituée de deux boucles
imbriquées dans lesquelles un même
train d’onde d’une source laser se propage
de manière contra-directionnelle,
comme illustré sur la figure
3(a). Un même signal adressant les
réseaux de diffraction positionnés
en série, ceux-ci doivent présenter
une efficacité de couplage croissante
afin d’assurer une émission de puissance
uniforme sur l’ensemble de la
surface. Il faut donc contrôler indépendamment
l’angle de diffraction et
la force de couplage entre le guide et
chaque réseau, avec une technologie
38 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
planaire raisonnablement accessible.
Cela est possible en considérant des réseaux
de chaines plasmoniques dont la
force de couplage est modulable par la
résonance plasmonique et la distance au
guide [5], et l’angle de diffraction par la
période de la chaine. Chaque chaine se
comportant à la résonance comme un
guide d’onde, le taux de transfert de la
puissance optique peut être ajusté entre
0 et presque 100 % [4] en contrôlant la
position de la résonance, par exemple
en modifiant la taille des nanoparticules
de chaque chaine. Typiquement
deux séries de 8 chaines, positionnées à
côté d’un réseau de guides en SiN/SiO 2 ,
et constituées chacune d’une dizaine de
nanoparticules d’argent cylindriques
à section elliptique de diamètres a y et
80 nm, avec 80 nm

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
Figure 3. Haut : illustration de
systèmes holographiques pour
l’automobile à base d’optique
réfractive. Bas : solutions de
miniaturisation ou d'amélioration
de ces systèmes, et problématique
photonique associée : (a) plaque
émettrice composée d’un répartiteur
de lumière à guides d’onde
couplés à des réseaux de chaines
plasmoniques en série pour diffracter
uniformément la lumière cohérente
dans une direction donnée ;
(b) source de lumière à polarisation
et/ou front d’onde contrôlé, basée
sur le couplage préférentiel de
nanoémetteurs à des plasmons de
surface spatialement cohérents ;
(c) génération et adressage de pixels
submicroniques basés sur l’excitation
de plasmons localisés à l’intersection
de guides d’onde.
CONCLUSION
La nanophotonique, qui par définition
utilise des quantités réduites de
matière, est particulièrement bien
positionnée pour offrir des solutions
versatiles, compactes et légères aux
systèmes de mobilité. Le caractère
discrétisé des nanostructures photoniques
ou plasmoniques permet la
réalisation de fonctions optiques façonnées
à la demande. Les technologies
de fabrication évoluent simultanément
pour permettre d’utiliser ces nouveaux
nanoobjets à l’échelle macroscopique.
La nanophotonique à grande échelle
enrichit ainsi les fonctionnalités des
systèmes de visualisation, pour des
applications qui couvrent non seulement
les transports mais aussi le secteur
de la défense ou de la santé. Si les
démonstrateurs actuels se basent sur
des nanostructures plasmoniques, les
concepts peuvent être généralisés ou
transposés à d’autres filières, comme
les métasurfaces à base de nanorésonateurs
diélectriques à haut indice et
conduire ainsi à un panel encore plus
large de fonctions optiques intégrées
et planarisées.
RÉFÉRENCES
[1] R. Carminati et al, Photoniques 111, 47-50 (2022)
[2] H. Bertin et al., ACS Photonics 5, 2661–2668 (2018)
[3] G. Cardoso et al, Microelectron. Eng. 258, 111755 (2022)
[4] M. Février et al, Nano Lett. 12, 1032–1037 (2012)
[5] G. Magno et al, Opt. Express 30, 5835-5847 (2022)
[6] D. Schanne et al., Phys. Rev. Appl. 14, 064077 (2020)
[7] T. Laurent et al., Phys. Rev. Lett. 115, 187492 (2015)
Les travaux présentés dans cet article
ont été en partie soutenus par le réseau
national des centrales de technologie
RENATECH, par l’agence française de
l’innovation de la Défense, et par l’Open-
Lab PhOVéA.
40 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
LES MÉTASURFACES OPTIQUES
POUR LES LIDARS À LARGE CHAMP
ET À HAUTE CADENCE D’IMAGERIE
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Renato JULIANO MARTINS 1 , Emil MARINOV 1 , M. Aziz Ben YOUSSEF 1 , Christina KYROU 1 , Patrice GENEVET 1, *
1
Université Côte d’Azur, CNRS, CRHEA, rue Bernard Gregory, Sophia Antipolis 06560 Valbonne, France
*pg@crhea.cnrs.fr
Le déploiement de solutions d'imageries avancées,
susceptibles de fournir aux systèmes robotiques
une vision équivalente à celle de l’homme, nécessite
l'acquisition rapide et précise d’images avec un large
champ de vision. Etant particulièrement adaptées pour
les systèmes optiques à grand champ, les métasurfaces
offrent de nouvelles perspectives d’intégration et
d’optimisation pour réaliser des LiDARs compacts, à
bas coûts de production et à hautes performances.
https://doi.org/10.1051/photon/202211541
Article publié en accès libre sous les conditions définies par la licence Creative Commons Attribution License CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), qui autorise
sans restrictions l’utilisation, la diffusion, et la reproduction sur quelque support que ce soit, sous réserve de citation correcte de la publication originale.
Les systèmes mobiles autonomes
tels que les voitures,
les robots ou les
drones utilisent plusieurs
capteurs pour acquérir de
l’information sur leur environnement,
leur permettant ainsi
de définir leur position, leur vitesse
et leur accélération en temps réel.
Au centre de l'automatisation des
dispositifs et processus industriels,
ces systèmes de mesures tels que le
RADAR, les scanners à lumière structurée
et les télémètres laser ou LiDAR,
permettent d’acquérir des images 3D.
Les LiDARs conventionnels reposent
sur la mesure du temps de vol (TdV).
Le principe de cette mesure est d’envoyer
des pulses lasers vers un objet
réfléchissant distant, afin de mesurer
le temps que met l’impulsion lumineuse
pour parcourir la distance aller-retour
entre la source et l’objet. En
connaissant ce temps de vol, on peut
calculer la distance des objets environnants.
Pour reconstruire une image,
il est donc nécessaire de balayer le
faisceau pulsé sur un champ de vue
le plus large possible. Les travaux
sur les métasurfaces (MS) [1] et plus
particulièrement ceux sur l’imagerie
menés au Centre de Recherche sur
l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications
(CRHEA, France), s’inscrivent dans
cette logique. Les MS sont des composants
photoniques capables de
manipuler toutes les propriétés de
la lumière telles que l’amplitude, la
phase, fréquence et/ou la polarisation
et qui n’ont cessé, au cours de la
dernière décennie, de susciter l'intérêt
de l'ensemble de la communauté
photonique. Ce sont des composants
optiques ultra fins, constitués à partir
d’agencements d'objet diffusants
(ou méta-atomes) ayant des tailles
et des périodicités inférieures à la
longueur d'onde. Les fonctionnalités
nouvelles apportées par les MS
peuvent permettre de développer de
nouvelles technologies photoniques,
aux services des applications d’imageries
telles que le LiDAR [2]. Dans nos
recherches, nous exploitons ces propriétés
optiques pour développer un
système d‘imagerie LiDAR ultra rapide
et à large champ de vue [3].
Photoniques 115 I www.photoniques.com 41

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
DÉFLECTION LIDAR À L'AIDE
DE MÉTASURFACES
Plusieurs mécanismes permettent
de contrôler le front d’onde d’un
faisceau incident avec des métasurfaces.
Les trois mécanismes connus
actuellement utilisent i) la phase
géométrique de Pancharatnam-
Berry [4], ii) les nanostructures à
indice de réfraction effectif [5], iii) la
réponse résonnante des nanostructures
conçues pour fonctionner dans
un régime contraint par des propriétés
dites de « photonique topologique
» particulières [6]. De façon
générale, les structures prennent
la forme de piliers nanostructurés
ayant des paramètres géométriques
et des arrangements périodiques
de taille sous-longueur d’onde. Le
principe de modulation de phase,
par indice effectif par exemple, se
base sur le retard de phase induit
par la propagation de l’onde incidente
dans le méta-atome. Si l’on
considère un pilier fait à partir d’un
matériau d’indice optique élevé,
plus son diamètre est grand, plus
son indice de réfraction effectif est
important et plus le retard de phase
induit est élevé. En modifiant progressivement
l’indice de réfraction
des éléments adjacents, i.e. en modifiant
le diamètre des nanostructures,
on peut établir un retard de phase
qui varie entre 0-2π, permettant
ainsi de façonner le front d’onde
arbitrairement et localement. Pour
définir la fonctionnalité réalisée par
la métasurface, il suffit de choisir et
de positionner les méta-atomes de
sorte à former un profil de retard de
phase adapté à la réponse optique
voulue. Par exemple, pour focaliser
la lumière à la façon d’une lentille
classique, le profil de phase varie
spatialement entrainant un retard
hyperbolique. Ou encore, en distribuant
les différents éléments pour
induire un retard variant graduellement
–i.e. linéairement- entre 0 et
2 π, la modification locale du front
d’onde permet de dévier un faisceau
incident avec un angle proportionnel
au gradient de retard de phase
local. Cette méthode permet d’obtenir
un déflecteur de faisceau simple,
qui dévie le faisceau à un seul angle
fixe. Toutefois, en construisant un
profil de phase présentant une variation
linéaire du gradient de phase
dans la direction radiale, l’angle de
déviation du faisceau de sortie sera
défini par le point d’impact du faisceau
incident sur la métasurface (Fig
1a-c). En effet, en fonction du point
d’impact du faisceau laser sur la métasurface,
un gradient de retard différent
sera appliqué au front d’onde.
Le profil de phase correspondant est
donc un profil parabolique, et l’effet
induit sur le faisceau incident est
une augmentation de la déviation du
faisceau de sortie à mesure que le
faisceau se rapproche des bords du
composant MS, pour explorer des
angles de déviation compris entre
0° au centre et +/- 75° sur les bords
du composant. La fabrication d’une
telle métasurface se fait à l’aide
de processus de nanofabrication,
incluant une étape de gravure des
nanostructures (Fig 1d) sur un substrat
de nitrure de Gallium.
ARCHITECTURE LIDAR
ET PERFORMANCES
La métasurface utilisée dans ce dispositif
LiDAR est passive, c’est-à-dire
qu’elle ne permet pas à elle seule de
réaliser un balayage du champ de
vue. De ce fait, nous avons placé en
amont un dispositif actif de balayage
de faisceau laser qui nous permet
d’obtenir différents points d’impacts
sur la MS. Le résultat, en sortie de
la MS, offre un balayage du milieu
environnant sur une très large plage
angulaire ( ≈ ± 75°). Pour obtenir une
image 3D, il est nécessaire de balayer
le faisceau horizontalement et verticalement
sur la MS, permettant ainsi
de défléchir la lumière suivant les
Figure 1.Déflecteur de faisceau de métasurface. a) Fonction de phase correspondant à
une métasurface capable de défléchir la lumière à différents angles. Le profil de phase
parabolique permet de dévier le faisceau à différents angles, en fonction du point d'impact
sur le composant. b) Concept expérimental du système LiDAR utilisant un déflecteur de
faisceau rapide (DAO) et une lentille de balayage pointant le faisceau incident sur une zone
spécifique de la métasurface, déviant ainsi la lumière dans des angles radiaux et azimutaux.
c) Imagerie MEB de l’échantillon - insert - Image de l'échantillon fabriqué. d) MEB détaillé
montrant les piliers de taille variable de tailles variables dans chacune des zones de Fresnel.
42 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
angles d’azimut et d’élévation (θ et φ).
Ce balayage 2D du faisceau est réalisé
en cascadant perpendiculairement
deux DAO. La résolution angulaire de
ce système est définie par un compromis
entre la taille du spot laser
incident et le diamètre de la metasurface.
Le dispositif DAOs est construit
autour d'un milieu solide transparent
qui supporte la propagation d'ondes
élastiques se propageant à des fréquences
de quelques centaines de
MHz, et que l’on ajuste à l’aide d’une
valeur de tension appliquée au dispositif.
Les ondes élastiques permettent
de diffracter la lumière à différents
angles et à très haute fréquence (de
l’ordre du MHz). Ce type de composant
offre des fréquences de balayage
point-par-point de l’ordre de ~6 MHz,
mais présente néanmoins un très
faible champ de vue, de l’ordre de 2°
par 2° et ne permet pas de satisfaire
les exigences de l’industrie LiDAR.
La métasurface sert donc à élargir le
champ de vue à 150° par 150°, tout
en profitant de la haute fréquence de
balayage du DAO. Cette combinaison
de composants permet d’acquérir des
images LiDAR 3D fortement résolues
avec une vitesse d’imagerie de
l’ordre de la centaine voir des milliers
d’images par seconde, voir vidéos disponibles
sur notre Youtube channel
https://www.youtube.com/channel/
UCmezaBH-xOxMjqk3bvqnlAg. Pour
piloter électroniquement l'ensemble
du système LiDAR, nous avons utilisé
un système PXIe synchronisé qui
se compose de différents contrôleurs
intégrés dans un châssis. Les
modules utilisés pour le développement
du LiDAR présenté ici sont
: (i) un contrôleur - contenant la partie
logique (processeur, mémoire
RAM, disque dur), (ii) deux cartes
de générateur de fréquence (FGEN)
- une servant à contrôler le balayage,
et l'autre pour contrôler le laser, et
(iii) un oscilloscope (SCOPE) doté
d'un convertisseur analogique-numérique
(ADC) pour extraire les
données de tension du photodétecteur.
Un schéma d'architecture détaillé
résumant les caractéristiques
et les modèles de tous les éléments
du LiDAR est fourni à la Fig 2a). Le
prototype développé au laboratoire
utilise comme source lumineuse une
diode laser émettant dans le visible
(633nm). Cette longueur d’onde n’est
généralement pas utilisée dans les
systèmes LiDAR commerciaux, du
fait de la forte absorption atmosphérique
et du bruit de fond important.
Cependant, elle est très utile pour
réaliser un démonstrateur car elle
permet de directement visualiser
la déviation du faisceau à la
Photoniques 115 I www.photoniques.com 43

DOSSIER
PHOTONIQUE & MOBILITé
sortie de la MS. La distance maximale
du démonstrateur LiDAR est
donc limitée à la dizaine de mètres.
En changeant la longueur d’onde des
sources lumineuses du visible vers
l’infrarouge (905 nm ou 1550nm)
et en ajustant le design des MS à la
bonne longueur d’onde, il est possible
d’augmenter cette distance d’au
moins un ordre de grandeur. Sur la
Fig 2b) nous illustrons le concept expérimental
du LiDAR développé dans
notre laboratoire. Le détecteur utilisé
pour cette démonstration est un
« Single Photon Avalanche Photodiode »
(SPAD), qui permet une détection de
lumière ultra-sensible, atteignant
Figure 2. Schémas du chemin logique pour récupérer l'image de télémétrie. a) Un système
PXi synchrone assisté par une interface utilisateur graphique dans LabView contrôle
les différents modules pour effectuer diverses tâches. b) Les modules de balayage se
composent d'un système de modulation laser et d'une modulation de balayage à 2 canaux
pour créer respectivement des impulsions ToF uniques et des directions de balayage.
Le module de détection est couplé à un module d'oscilloscope qui acquiert, stocke et
récupère les données utilisées pour la reconstruction d'image comme illustré en c).
Figure 3. a) Schémas représentant une scène constituée de trois personnes positionnées
à trois positions dans l’espace 3D, que l’on illumine avec deux faisceaux simultanément
diffractés par la métasurface de façon à acquérir des images multizones. Les deux zones
sont obtenues en scannant i) l’ordre zéro transmis par la métasurface fournissant ainsi
une image hautement résolue mais avec un petit champ de vue et ii) le premier ordre
de déflection, moins résolue mais avec un grand champ de vue. Les deux images sont
obtenues en simultané en recueillant les signaux réfléchis depuis la scène (b) en utilisant
deux détecteurs, chacun observant un champ de vue sélectionné à l’aide d’un filtre
en transmission.
44 www.photoniques.com I Photoniques 115

PHOTONIQUE & MOBILITé
DOSSIER
le niveau du photon unique afin de détecter
des niveaux de signaux de retour
très faibles. Une image 3D obtenue avec
notre système est présentée en Fig 2c).
La flexibilité sur la réponse optique
qu’offre l’approche MS nous permet par
exemple de défléchir plusieurs faisceaux
afin d’imager plusieurs zones simultanément.
Dans cette démonstration, la métasurface
est conçue de façon à ce qu’une
partie de la lumière soit directement
transmise, correspondant à l’ordre de diffraction
zéro, et une deuxième partie soit
défléchie à des angles variables définis
comme indiqué précédemment en Fig 1.
Le faisceau d’ordre zéro est utilisé pour
obtenir des images fortement résolues,
avec un champ de vue réduit. Le faisceau
diffracté au premier ordre est utilisé pour
identifier des objets d’intérêt sur un
champ plus large (Fig3a). Les résultats
obtenus avec ce système d’imagerie sont
présentés en Fig 3b. Cette démonstration
s’inspire de notre propre vision. En effet,
la vision humaine dispose de plusieurs
zones d’observations distinctes, avec une
zone fortement résolue (ou zone de fovéale),
ainsi qu’une zone périphérique
faiblement résolue.
CONCLUSION
Nous avons réalisé un système LiDAR à
très hautes performances, notamment
en termes de vitesse d’imagerie et de
champ de vue. En comparaison des systèmes
actuellement commercialisés,
notre prototype est exempt de parties
mobiles, telles que des moteurs rotatifs
ou des pièces micromécaniques, ce qui
augmente sa fiabilité et sa résistance aux
vibrations, ainsi qu’aux changements de
l’environnement du dispositif. Parmi les
améliorations à venir, en termes de choix
des composants d’émission laser et de
détection, nous envisageons d’intégrer
l’ensemble du traitement de données sur
une puce FPGA afin d’améliorer la vitesse
d’imagerie. Malgré les performances
très prometteuses de ce système, l’utilisation
du déflecteur acousto-optique
utilisé comme module de balayage actif
est une limitation majeure. Les DAOs nécessitent
des cristaux complexes, extrêmement
coûteux, avec une électronique
de contrôle lourde et volumineuse, et qui
ne sont pas fabricables à grand volume.
Afin de s’affranchir du modulateur externe
DAO, nous travaillons actuellement
sur le développement d’une seconde génération
de système LiDAR qui met en
jeu des « Metasurfaces Actives », avec
lesquelles il est possible de dévier le
faisceau en sortie de façon dynamique,
i.e. directement avec la métasurface. Ce
type de composant intégré permet de réduire
la taille des systèmes LiDAR tout en
garantissant d’excellentes performances.
La démonstration d’un dispositif faisant
usage de ces métasurfaces actives pourra
avoir un impact majeur dans les industries
qui cherchent une automatisation
des systèmes robotiques ou des systèmes
de production. On peut notamment penser
aux industries automobile, robotique,
logistique et du bâtiment qui attendent
l’arrivée de capteurs LiDAR compacts,
performants, intégrables à bas coût et
exempts de pièces mécaniques pour atteindre
des volumes et des niveaux d’automatisation
plus élevés.
RÉFÉRENCES
[1] N. Yu et al., Science 334, 333–337 (2011).
[2] R.J. Martins et al. Metasurface-enhanced Light Detection and Ranging Technology. arXiv:
2204.04208 (2022)
[3] I. Kim et al., Nat. Nanotechnol. 16, 508–524 (2021).
[4] M.V. Berry, Journal of Modern Optics 34, 11, 1401-1407 (1987).
[5] P. Lalanne and D. Lemercier-Lalanne, Journal of Modern Optics 43 (10), 2063-2085 (1996)
[6] Q. Song, M. Odeh, J. Zúñiga-Pérez, B. Kanté & P. Genevet, Science 373, 1133–1137 (2021)
Photoniques 115 I www.photoniques.com 45

COMPRENDRE
PLASMONS POLARITONS
DE SURFACE
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Julien MOREAU 1 , Lionel LARTIGUE 1
1
Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique Graduate School, 91120 Palaiseau, France,
*julien.moreau@institutoptique.fr
La plasmonique est l’étude de l’interaction entre les
électrons libres d’un métal et la lumière. Les plasmons
polaritons de surface sont des modes plasmoniques
localisés au niveau d’une interface entre un métal et
un diélectrique. Ces ondes évanescentes, qui peuvent
être obtenues expérimentalement par différentes
approches, ont des propriétés de confinement du champ
électrique qui trouvent de nombreuses applications
dans le domaine des capteurs et de la spectroscopie.
https://doi.org/10.1051/photon/202211246
Article publié en accès libre sous les conditions définies par la licence Creative Commons Attribution License CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), qui autorise
sans restrictions l’utilisation, la diffusion, et la reproduction sur quelque support que ce soit, sous réserve de citation correcte de la publication originale.
Drude and H.A.
Lorentz ont été les
P.
premiers à proposer
le concept de gaz
d’électrons libres au
tout début du xx e
siècle pour décrire
les propriétés élémentaires des métaux,
en particulier leur conductivité
électrique et thermique élevée. Le
terme de « gaz » signifiant que ces
électrons de valence sont libres de se
déplacer dans le réseau cristallin du
métal comme des molécules à l’état
gazeux, sans interaction entre les
électrons. En plus des propriétés thermique
et électriques, ce concept peut
aussi être utilisé avec les équations de
Maxwell pour décrire l’interaction de
la lumière avec les métaux et expliquer
un certain nombre de leurs propriétés
optiques. Concrètement, lorsque l’on
éclaire un métal, le champ électrique
de la lumière génère une oscillation
collective du gaz d’électrons libres.
Cette oscillation, qui correspond à l’excitation
d’un mode électromagnétique
du métal appelé plasmon polariton de
volume, est décrite par une pulsation
caractéristique : la pulsation plasma
ω p (voir encadré 1). Typiquement,
cette pulsation plasma se situe dans
l’ultraviolet pour des métaux nobles
comme l’or ou l’argent et elle permet
de décrire la réponse optique du métal.
Ainsi, dans le modèle de Drude,
la permittivité d’un métal sans perte
s’écrit très simplement :
ε m = 1 – ω2 p
—
ω 2
Si la pulsation de la lumière incidente
est plus faible que la pulsation
plasma, ce qui est le cas pour la lumière
visible, la permittivité devient
négative et l’indice de réfraction du
métal (n 2 m = ε m ) imaginaire pure. Or
un indice optique imaginaire pure
signifie que la lumière ne peut pas
se propager, comme il est classiquement
observé avec des métaux éclairés
par de la lumière visible.
Dans le cas d’un métal semiinfini
qui possède donc une interface
avec un milieu diélectrique extérieur,
un second mode est observé
expérimentalement à une pulsation
et donc une énergie plus faible, en
raison de la présence de l’interface.
Il s’agit d’un mode guidé le long de
l’interface, appelé plasmon polariton
46 www.photoniques.com I Photoniques 115

COMPRENDRE
Une façon simple de retrouver l’expression de la pulsation plasma
est d’écrire l’équation du mouvement 1D d’un gaz d’électrons après
avoir été excité par un champ électrique suivant l’axe x (voir Fig. 1). Le
champ appliqué induit une séparation des charges, d’une distance x(t),
assimilable à celle d’un condensateur plan (Fig 1a et b). Si la densité
volumique d'électrons du métal est notée n, la charge surfacique
s'exprime comme σ = n.e.x(t) et donc le champ électrique créé par cette
distribution de charges s’écrit : E x (t) = —
nex(t) . Ce champ va induire une
ε 0
oscillation du gaz d’électrons. Sans source de frottement, l’équation du
mouvement du gaz d’électron est celle d’un oscillateur harmonique de
—
pulsation caractéristique ω p = √
ne
2
— appelée pulsation plasma :
mε 0
d 2 x(t)
— = – — e E dt
2 x (t) = –— ne2 x(t) = –ω 2 p x(t)
m mε0
Figure 1. Schéma de principe d’un gaz d’électrons libres sans champ
électrique (a) et soumis à un champ électrique suivant l’axe x (b) et (c). En
régime quasi-statique, la distribution de charges dans un métal (b) peut
être assimilée à celle d’un condensateur plan. Dans le cas d’une interface
métallique (c), une seule interface chargée peut être considérée.
Si l’on considère maintenant une seule interface (voir Fig 1c), le champ
électrique induit par la distribution de charges devient deux fois plus
faible : E x (t) = —
nex(t) . Cela conduit à une nouvelle pulsation ω
2ε
p /√ – 2
0
caractéristique de ce mode de surface. Il est possible de démontrer que si
le diélectrique au-dessus du métal n’est pas de l’air mais est caractérisé
par une permittivité ε d , cette pulsation caractéristique s’écrit alors :
ω p /√ — 1 + ε d .
Photoniques 115 I www.photoniques.com 47

COMPRENDRE
Figure 2. Diagramme de dispersion ω=f(k) pour le mode de plasmon de surface sur
un film d’or recouvert d’eau, calculé avec un modèle de Drude d’un métal idéal et avec
les valeurs réelles de la permittivité de l’or. Les cônes de lumière dans l’air et du verre BK7
sont également tracées pour indiquer le couplage possible entre lumière incidente
et plasmons de surface.
de surface (SPP) ou plus simplement
plasmon de surface. C’est une onde
évanescente dont l’amplitude décroit
exponentiellement avec la distance à
l’interface. Dans le domaine visible
et proche IR, plusieurs métaux permettent
d’obtenir ces plasmons de
surface. Dans la majorité des applications
c’est de l’or ou l’argent qui est
utilisé. Dans l’ultraviolet, l’aluminium
fonctionne également.
VECTEUR D’ONDE DU PLASMON
ET RELATION DE DISPERSION
Ce plasmon de surface est caractérisé
par son vecteur d’onde. Son expression
en fonction des permittivités du
métal ε m , du diélectrique au-dessus
ε d et de la pulsation ω de la lumière
incidente peut être retrouvée à partir
de l’équation d’Helmholtz et des relations
de continuité [1]:
2
k SPP = — ω2 ε d ε m
— c 2 ε d +ε m
Le fait que ce vecteur d’onde plasmon
dépende de la permittivité du
diélectrique au-dessus du métal est
à la base de toutes les applications de
ces SPP dans le domaine capteur. Il
est instructif d’exprimer ce vecteur
d’onde du plasmon de surface en reprenant
le modèle de Drude pour un
métal idéal :
1– ω2 p
—
2
k SPP = — ω2 ω
2
ε c 2 d —
1+ε d – ω2 p
—
ω 2
Pour de l’or recouvert d’eau, la relation
de dispersion associée ω(k SPP )
est représentée en figure 2, calculée
avec le modèle de Drude ci-dessus et
avec des valeurs expérimentales de
la permittivité de l’or. Plusieurs observations
importantes peuvent être
faites. Tout d’abord, il est apparent
que le modèle de Drude n’est valable
que dans l’IR et dans le visible et
s’éloigne considérablement des observations
expérimentales aux plus
faibles longueurs d’onde (grandes
pulsations). En restant dans le domaine
visible ou IR, on observe
également que, pour une lumière
incidente de pulsation inférieure à la
pulsation maximum (ω < ω p /√ —
1 + ε d
), le vecteur d’onde du plasmon
de surface est positif, réel, mais toujours
supérieur au vecteur d’onde
de la lumière dans le diélectrique
au-dessus du métal : k 0 = √ — ε ω d – c
.
La relation de dispersion du plasmon
ne coupe donc jamais celle de
la lumière incidente dans le diélectrique.
Or pour pouvoir exciter efficacement
un mode guidé comme
celui-ci, il faut que la projection
Figure 3. Principales configurations optiques pour augmenter la composante du vecteur
d’onde de la lumière incidente sur l’interface métal/diélectrique afin de se coupler aux
plasmons de surface. a) configuration de Kretschmann où l’on éclaire un film métallique
très fin à travers un prisme. b) Utilisation d’un réseau de diffraction gravé à la surface du
métal. c) Excitation d’une source de champ proche au voisinage du métal.
48 www.photoniques.com I Photoniques 115

COMPRENDRE
du vecteur d’onde incident le long
de l’interface soit égale au vecteur
d’onde du mode. On ne peut donc
pas générer les modes de plasmons
de surface en éclairant simplement
l’interface métallique.
CONFIGURATIONS OPTIQUES
POUR GÉNÉRER LES MODES SPP
Trois types de configuration existent
pour générer des plasmons de surface
avec la lumière (figure 3). Le couplage
à travers un substrat transparent, d’indice
plus élevé que le diélectrique situé
de l’autre côté d’un film métallique, appelé
configuration de Kretschmann,
le couplage par l’intermédiaire d’une
structure diffractive sur la surface
métallique et le couplage par champ
proche. Dans toutes ces configurations,
l’idée générale est d’augmenter le
vecteur d’onde de la lumière incidente
le long de l’interface k ||
0 pour pouvoir
égaler celui du mode de plasmons
de surface.
Dans la configuration de
Kretschmann, on utilise le fait que
la norme du vecteur d’onde de la lumière
est augmentée dans un diélectrique
proportionnellement à
l’indice optique. En éclairant un film
métallique à travers un substrat de
verre et en réglant l’angle d’incidence
θ, la condition k || 0 = n n ω – c
sin θ = k SPP
peut être facilement atteinte pour
une pulsation incidente donnée.
Visuellement, cela se traduit par
une chute de la réflectivité du film
métallique en polarisation TM à une
valeur quasiment nulle lorsque toute
l’énergie de la lumière incidente est
transmise aux électrons. En pratique,
dans le domaine visible, un
prisme en verre est utilisé comme
substrat pour obtenir plus aisément
les angles d’incidence élevés nécessaires.
Cette technique de couplage
est préférée dans la grande majorité
des applications car elle permet de
générer des plasmons de surface sur
l’ensemble de la surface éclairée à
faible coût. Cependant, cette configuration
ne peut fonctionner que si
le film métallique est suffisamment
fin (quelques dizaines de nm typiquement)
pour que la lumière puisse
se coupler efficacement avec l’interface
supérieure.
Une deuxième approche pour
générer localement un mode SPP
est de coupler la lumière incidente
avec un réseau de diffraction gravé
sur la surface métallique. Pour
un réseau de période Λ, la composante
parallèle du vecteur d’onde
va augmenter d’une quantité
égale à celle du réseau : k || 0 + n – 2π
Λ
.
Ce type de couplage est principalement
utilisé pour de la plasmonique
dans des circuits photoniques où
l’objectif est de générer, guider ou
combiner des plasmons de surface.
Enfin, la propriété générale en électromagnétisme
qu’une source de taille
sub-longueur d’onde génère en
Photoniques 115 I www.photoniques.com 49

COMPRENDRE
Figure 4. Evolution de la longueur de propagation du plasmon de surface et de la distance
d’atténuation de l’onde évanescente dans le diélectrique (de l’eau) au-dessus du métal en
fonction de la longueur d’onde de la lumière incidente, pour les trois métaux les plus utilisés
en plasmonique : Or, Argent et Aluminium.
champ proche des vecteurs d’onde de
norme élevée peut également être utilisée.
En éclairant une pointe de type
AFM, placée très proche de la surface,
il est ainsi possible de la coupler au
mode de plasmon de surface du film
métallique.
PROPRIÉTÉS DES MODES SPP
Quel que soit le mode d’excitation
choisi, le mode de plasmon de
surface est une onde évanescente
se propageant à la surface du métal.
Les deux grandeurs géométriques
qui caractérisent cette onde
évanescente sont la longueur de
propagation du plasmon le long de
l’interface et son étendue dans le
milieu diélectrique au-dessus de la
couche métallique.
La longueur de propagation finie
vient du fait que, contrairement au
modèle idéal de Drude, un métal
réel a des pertes qui vont atténuer
progressivement le plasmon lors de
sa propagation le long de l’interface.
Cette longueur de propagation peut
varier de quelques microns pour des
métaux à fortes pertes comme de
l’aluminium dans l’UV, à quelques
dizaines de microns dans un métal
à faibles pertes tel que l’Ag dans le
proche IR (figure 4). Il s’agit bien évidemment
de distances de propagation
très faibles comparées à ce qui
peut être observé dans des guides
d’onde en silice et c’est une limitation
majeure de ces modes plasmoniques.
Perpendiculairement à la surface, la
distance typique d’atténuation de
l’onde évanescente est de quelques
centaines de nanomètres et, quel
que soit le métal, cette longueur
RÉFÉRENCES
augmente avec la longueur d’onde.
Une conséquence importante de ce
confinement vertical est une exaltation
de l’intensité du champ électrique
au voisinage de la surface
métallique, de l’ordre d’un ordre de
grandeur. Pour des applications en
détection comme les capteurs SPR
par exemple, l’exaltation et le caractère
évanescent sont essentiels car ils
assurent que seuls les évènements à
la surface du capteur seront mesurés.
CONCLUSION
Le plasmon polariton de surface est
une onde évanescente à l’interface
entre un métal et un diélectrique,
résultant de l’interaction entre la
lumière et les électrons libres du
métal. Dans la plupart des cas, ce
plasmon de surface est généré à la
surface d’une couche d’or éclairée
par de la lumière visible. Différentes
techniques de couplage sont utilisées
: directement en champ lointain
à travers un substrat de verre,
grâce à des structures diffractives
ou par l’intermédiaire d’une pointe
en champ proche. En raison de la
grande symétrie du problème, les
propriétés de ces plasmons sont
assez peu modifiables et vont être
fixées par le choix du métal et de la
longueur d’onde d’excitation. Pour
des applications qui demandent un
plus grand contrôle des propriétés de
résonance, que ce soit d’un point de
vue spectral ou de confinement du
champ électrique, on utilise des modes
plasmoniques générés dans des
nanoparticules métalliques, appelés
plasmons localisés dont les propriétés
sont pilotables par la géométrie
des nanoparticules utilisées.
[1]J. Homola Surface plasmon resonance based sensors, Springer (ISBN: 978-3-540-33919-9)
[2].H. Benisty, J.J. Greffet, P. Lalanne. Introduction to Nanophotonics, Oxford university
press (ISBN: 9780198786139)
50 www.photoniques.com I Photoniques 115

ACHETER
HEXAPODES
DE POSITIONNEMENT
DE PRÉCISION
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Anne DUGET 1 *, Thierry ROUX 1 , Pierre NOIRE 1 , Olivier LAPIERRE 1
1
SYMETRIE, 10, allée Charles Babbage, 30000 Nîmes, France
*anne.duget@symetrie.fr
https://doi.org/10.1051/photon/202211257
L’hexapode est un robot parallèle permettant la mise en
position d’objets suivant les six degrés de liberté (trois
translations Tx, Ty, Tz et trois rotations Rx, Ry, Rz).
Au milieu du xx e siècle, les premiers hexapodes ont
servi à tester des pneus ou comme simulateurs de
vol. Dans les années 1990, grâce à l’évolution des
composants électroniques et à l’augmentation des
capacités de calcul, l’arrivée de contrôleurs abordables
et performants a permis leur essor. Nous verrons dans
cet article comment un hexapode est constitué et
étudierons les critères de sélection les plus pertinents
avant de décrire quelques exemples d’applications.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 51

ACHETER
de
l’hexapode consiste
en une plateforme
fixe et une plateforme
mobile reliées par six
actionneurs linéaires
L’architecture
en parallèle équipés
d’une rotule ou d’un cardan à leurs
extrémités [1]. Cette disposition de
six actionneurs formant un système
triangulé présente de nombreux
avantages que nous détaillerons
plus loin. En modifiant la géométrie
d’un hexapode, c’est-à-dire la
taille des plateaux, la longueur des
vérins, la position et l’angle d’implantation
des articulations, il est
possible de changer le volume de
travail. Puis le dimensionnement
des composants est effectué en
fonction de la capacité de charge et
de la précision souhaitée. La plupart
des hexapodes peuvent fonctionner
à la verticale, à l’horizontale
ou suivant n’importe quelle orientation.
La capacité de charge à l’horizontale
sera cependant moindre car
les efforts dans les actionneurs sont
alors plus importants.
Pour vérifier que l’hexapode choisi
répond aux besoins en courses
et en charge, il est recommandé
d’utiliser un logiciel de simulation
fourni sur le site internet de la plupart
des fabricants. Dans ce type de
logiciel, après avoir sélectionné un
modèle, il faut entrer les principaux
paramètres de l’application : la
charge embarquée, la position de
son centre de gravité, l’orientation
de l’hexapode et le centre de
rotation des mouvements. Puis
le logiciel vérifie que les courses
souhaitées sont réalisables par le
modèle choisi. Sur leurs documentations,
les fabricants indiquent
les courses maximales réalisables
axe par axe lorsque les autres axes
sont en position milieu (zéro). C’est
la seule façon d’exprimer simplement
les courses d’un hexapode car
la capacité d’un axe est dépendante
des cinq autres. Cependant, il n’est
pas facile pour l’utilisateur de savoir
si les courses cumulées souhaitées
pour son application sont
réalisables par le modèle présélectionné.
Les logiciels de simulation
sont donc très utiles pour vérifier le
choix d’un hexapode. Certains fabricants
proposent de réaliser un
hexapode sur mesure si aucun modèle
standard ne répond au besoin.
À présent, nous allons exposer les
principaux éléments d’un hexapode
et voir sur quels critères ils peuvent
être sélectionnés.
Les principales technologies de moteurs
électriques sont les moteurs
pas à pas, les moteurs à courant
Figure 1. Principaux éléments d’un hexapode -
Crédits : Symétrie
continu à balais (couramment appelés
moteurs DC), les moteurs
à courant continu sans balais
(brushless) et les piézoélectriques.
Les moteurs pas à pas sont peu
coûteux, ont une forte capacité
de couple et permettent l’irréversibilité
du système lorsqu’ils sont
associés à un réducteur à fort ratio
de réduction. Ils peuvent être utilisés
sans codeur. Mais ils chauffent
davantage que les autres types de
moteurs et leur vitesse est limitée.
Les moteurs DC ont une vitesse plus
élevée et sont utilisés pour des applications
avec des charges plus légères
avec un bon rapport qualité
prix. Plus performants mais plus
chers, les moteurs brushless apportent
une meilleure fiabilité car
ils ne contiennent pas de balais. Ils
permettent aussi une dynamique
plus élevée et chauffent moins que
les moteurs pas à pas, ce qui est un
avantage pour les applications où
la stabilité est importante et où les
mouvements sont fréquents. Les
moteurs piézoélectriques inertiels
ont des résolutions de quelques
nanomètres mais une capacité de
charge bien plus faible. On les retrouve
surtout sur des hexapodes de
petite taille.
Les capteurs installés sur les actionneurs
permettent de connaître
leur position. Il en existe principalement
deux types : les codeurs incrémentaux
et les codeurs absolus.
Les codeurs absolus apportent un
grand confort d’utilisation, il n’est
pas nécessaire de réaliser une prise
d’origine qui peut être un processus
gênant pour l’application,
puisqu’elle implique un mouvement
des six actionneurs pour chercher
un capteur de référence. Les codeurs
absolus ou incrémentaux
peuvent être rotatifs ; directement
intégrés au moteur, ou linéaires ;
installés tout le long de l’actionneur.
Ces derniers permettent une meilleure
précision de l’hexapode étant
donné que l’on mesure directement
l’allongement de l’actionneur et que
l’on élimine les défauts venant de la
52 www.photoniques.com I Photoniques 115

ACHETER
Figure 2. Logiciel de simulation permettant de tester les capacités d’un hexapode -
Crédits : Symétrie
transmission entre le moteur et la vis.
Ainsi, en plus de la souplesse d’utilisation,
un capteur linéaire absolu apportera
une meilleure précision.
La qualité de l’hexapode est aussi
tributaire de celle de ses articulations.
Les articulations sphériques
sont très utiles dans des applications
ayant une orientation verticale car
elles ne fonctionnent correctement
qu’en compression. Les articulations
de type cardan peuvent être utilisées
dans toutes les orientations. Enfin, les
articulations à lames flexibles sont
parfois utilisées pour des applications
demandant de très faibles courses et
une haute résolution en éliminant
les frottements internes. [2] Le
Figure 3. Architecture parallèle motorisée par des platines piézoélectriques -
Crédits : Smaract
Photoniques 115 I www.photoniques.com 53

ACHETER
contrôle commande est également
un élément essentiel pour la qualité
d’un hexapode. Le contrôleur
est l’organe intelligent en charge
du pilotage de l’hexapode. Grâce
aux algorithmes de transformation
de cinématique inverse, il réalise
les conversions entre la position
exprimée dans le référentiel XYZ
de l’utilisateur et les longueurs
correspondantes des actionneurs.
Ces opérations sont transparentes
pour l’utilisateur. La machine vérifie
que les positions demandées
sont dans l’espace de déplacement
de l’hexapode, suivant les limites
fixées par le fabricant ou par l’utilisateur.
Selon les besoins, il est
possible de commander en point
à point ou en suivant une trajectoire
plus complexe. Le contrôle
de l’hexapode peut être effectué
grâce aux interfaces graphiques
utilisateurs fournies par les fabricants
ou via d’autres logiciels. Le
pilotage de l’hexapode peut être
intégré dans un environnement
scientifique ou industriel via divers
langages de programmation (C,
Python, LabVIEW…) et interfaces
(Ethernet, EtherCAT, Profibus…).
Les performances de positionnement
d’un hexapode sont généralement
déterminées par la
résolution, la répétabilité et la justesse
de déplacement.
• La résolution est considérée
comme le mouvement incrémental
minimum (MIM). C’est le plus
petit incrément de mouvement
que le système est capable de réaliser
de manière cohérente et
détectable. [3]
• L’erreur de répétabilité est la déviation
par rapport à la moyenne des
positions réelles lorsque le système
est commandé plusieurs fois pour
se rendre à la position désirée.
• L’erreur de justesse est la différence
entre la position réelle et la
position souhaitée.
Ces caractéristiques sont communément
fournies par l’ensemble
des fabricants en se référant à
des normes [4]. En fonction des
Figure 4. Hexapode compatible vide installé à
l’horizontale sur une translation additionnelle -
Crédits : Symétrie
Figure 5. Hexapode en salle blanche ISO5
intégré dans un banc de test optique -
Crédits : Bertin Technologies
normes utilisées, le comparatif peut
être délicat.
Après avoir vu les principaux éléments
constitutifs d’un hexapode,
nous allons maintenant évoquer ses
avantages. Outre la souplesse d’utilisation
des six degrés de liberté, la
structure parallèle de l’hexapode
présente une grande raideur, une
masse relativement faible et une capacité
de charge élevée grâce à sa
répartition sur les six actionneurs.
L’hexapode présente de très bonnes
performances de positionnement
de précision, notamment en rotation,
et ces valeurs sont fiables
dans le temps. Le plateau mobile
est facile d’accès pour l’installation
de la charge. L’hexapode peut disposer
d’un large passage au centre
souvent utilisé dans les applications
photoniques. Le plateau mobile de
l’hexapode est maintenu de façon
isostatique, ce qui garantit un bon
fonctionnement, quels que soient la
54 www.photoniques.com I Photoniques 115

ACHETER
Figure 6. Hexapode intégrant une rotation additionnelle servant à vérifier la qualité des
segments du miroir primaire M1 de l’ELT de l’ESO - Crédits : SAFRAN REOSC
charge, le centre de gravité ou même
les déformations dues à la fixation
d’un système sur le plateau. Pour des
structures classiques en série qui sont
hyperstatiques, la déformation structurelle
est toujours préjudiciable.
L’hexapode présente des limites, notamment
s’il y a besoin d’une très
grande course sur un axe. Dans ce cas,
il est parfois possible de combiner un
hexapode avec une translation ou une
rotation supplémentaire, tout en intégrant
le contrôle du ou des axes supplémentaires
dans le logiciel de façon
ergonomique pour l’utilisateur.
Dans les paragraphes suivants, nous allons
présenter quelques applications
dans la photonique principalement,
dans la recherche puis dans l’industrie.
Les hexapodes sont fréquemment utilisés
dans l’optique spatiale pour des
opérations d’assemblage ou de qualification
au sol où ils permettent des gains
de temps considérables par rapport aux
systèmes de positionnement plus traditionnels.
Par exemple, les mouvements
de très haute résolution de l’hexapode
permettent d’illuminer chaque pixel
d’un instrument optique l’un après
l’autre et de vérifier leur bon
Dans l’astronomie, les hexapodes sont utilisés pour
positionner le miroir secondaire des grands télescopes
terrestres et compenser les déformations dues aux
changements d’orientation ainsi que les variations
de température tout au long de l’observation.
Ils permettent aussi de calibrer des instruments
ou de mesurer des miroirs lors de leur fabrication.
Photoniques 115 I www.photoniques.com 55

ACHETER
fonctionnement. Les phénomènes
de lumière parasite (straylight) sont
aussi aisément caractérisés grâce
aux mouvements angulaires fins
apportés par l’hexapode.
Sur la figure 5, un hexapode positionne
un ensemble optique comprenant
notamment un corps noir
et une source infrarouge. Ce système
permet de calibrer et de qualifier
les spectromètres infrarouges
des satellites MTG-S du programme
Meteosat Troisième Génération
lors des phases de tests au sol. Les
hexapodes spatialisés sont à ce
jour peu nombreux, les segments
du miroir primaire du télescope
James Webb sont actionnés par des
hexapodes réalisés par la société
Ball Aerospace aux Etats-Unis. Sur
l’observatoire spatial ATHENA de
l’ESA dont le lancement est prévu
pour 2031, un hexapode de grande
taille alignera le miroir X de 2,5
mètres de diamètre en vol.
Dans l’astronomie, les hexapodes
sont utilisés pour positionner le
miroir secondaire des grands télescopes
terrestres et compenser
les déformations dues aux changements
d’orientation ainsi que
les variations de température tout
au long de l’observation. Ils permettent
aussi de calibrer des instruments
ou de mesurer des miroirs
lors de leur fabrication. Dans les
grands instruments scientifiques
de type synchrotrons ou lasers
haute puissance, les hexapodes
sont très appréciés car ils permettent
de positionner un échantillon
ou un miroir sur le faisceau
Figure 7. Hexapodes pour l’alignement
de fibres optiques - Crédits : PI
de rayonnement synchrotron avec
précision et stabilité.
À présent, nous allons exposer
quelques applications dans l’industrie.
Dans la photonique, l’application
qui utilise probablement
le plus d’hexapodes est l’alignement
de fibres optiques. Dans le domaine
des semiconducteurs, les hexapodes
sont utilisés pour positionner
divers composants mécaniques
et optiques. Dans la défense, les
hexapodes dynamiques, qui ont
RÉFÉRENCES
[1] J.-P. Merlet, Les Robots Parallèles, Paris, Hermes Science Publishing (1997)
[2] S. Henein, Conception des guidages flexibles, EPFL Press (2003)
une vitesse bien plus élevée mais
une précision moindre que ceux
présentés ci-dessus, peuvent simuler
les mouvements d’un véhicule :
un navire, un avion, une voiture…
Il est ainsi possible de tester la qualité
de stabilisation d’instruments
électro-optiques qui seront ensuite
embarqués sur des véhicules (terre,
mer, air) avec des accélérations supérieures
à 1 g.
Nous avons vu que l’architecture
d’un hexapode est modulable et
permet de s’adapter à une application
donnée en fonction de la géométrie
choisie et des technologies
employées (moteurs, codeurs, articulations).
De plus en plus présents
dans tous les domaines, ils doivent
maintenant répondre aux défis technologiques
de l’ultra-précision avec
des résolutions de quelques nanomètres
et des stabilités de quelques
nanoradians pour pouvoir tester les
optiques de demain. Cela sera possible
grâce à des efforts continus en
R&D pour améliorer et inventer de
nouvelles techniques et technologies
sur les plans mécaniques, électroniques
et métrologiques.
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PI https://www.physikinstrumente.com/ PI France
Smaract https://www.smaract.com/ Smaract
[3] A. Vissière, S. Krut, O. Company, T. Roux, P. Noiré, F. Pierrot, Resolution evaluation of
6-degree-of-freedom precision positioning systems : Definitions and apparatus, Elsevier /
Measurement 152 (2020)
[4] Norme ISO 230-2 : Méthodes de contrôle et d'évaluation de l'exactitude et de la répétabilité
de positionnement des axes des machines
56 www.photoniques.com I Photoniques 115

PRODUITS
CAPTEUR DE PUISSANCE
Gentec-EO présente
un détecteur de
puissance laser pour
mesurer la puissance
moyenne d'un laser.
La simplicité d’utilisation
a été privilégiée
car la puissance peut être mesurée en connectant
une sortie laser à fibre directement au détecteur. La
série HP60A-15KW-QBH possède des seuils de dommages
allant jusqu'à 80 kW/cm 2 . Grâce à la technologie
utilisée dans cette série de produits, Gentec-EO a la
capacité de concevoir des produits personnalisés qui
mesurent des niveaux de puissance laser beaucoup
plus élevés que 15 kW si nécessaire.
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hp60a-15kw-gd-qbh-imp-d0
Laser Super Continuum
450-2300 nm
Le Iceblink de Fyla
fournit un spectre
large-bande, de
450 nm à 2300 nm,
avec une puissance
totale > 1 W et une
largeur d'impulsion
inférieure à 10 ps. La
puissance dans le domaine
visible est supérieure à 30 mW et atteint jusqu'à 50
mW. Le taux de répétition est de 40 MHz. L'énergie totale
des impulsions dans tout le spectre est de 25 nJ. La sortie
laser est collimatée.
https://www.optonlaser.com/laser/laser-blancsuper-continuum
https://fyla.com/
Caméra industrielle
Avec uEye Warp10, IDS Imaging Development Systems GmbH
lance sur le marché une nouvelle famille de caméras transmettant
les données dans un réseau basé sur Gigabit Ethernet avec
une fréquence d'image très élevée et quasiment sans délai. Les
premiers modèles sont équipés par des capteurs IMX250 (5 MP),
IMX253 (12 MP) et IMX255 (8,9 MP) de la série Sony Pregius.
https://fr.ids-imaging.com/ueye-warp10.html
Source Laser DPSS
Oxxius présente
le LPX-607L,
un nouveau
laser dédié à
l’excitation de
fluorescence, à
la microscopie
STED et à l’optogénétique.
Le LPX-607L est un laser basé sur la
technologie diode-pumped solid-state laser (DPSS
laser – 607 nm). La caractéristique principale de ce
modèle réside dans l’intégration d’un résonateur
monolithique sans alignement (AMR) qui permet
de réaliser des schémas de pompage très efficaces
et d'obtenir une qualité spectrale optimale.
https://www.oxxius.com/products/lpx-607l/
MIROIRS DIÉLECTRIQUES HAUTEMENT
RÉFLÉCHISSANTS
Les optiques développées par
Laser Components couvrent une
gamme de longueurs d'onde allant
de 390 nm à 950 nm, ce qui
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parties du proche infrarouge.
Elles ont une réflexion moyenne de 98 %, ce qui permet
aux télescopes optiques de détecter les corps célestes moins
lumineux. Selon les besoins du client, l'entreprise peut fabriquer
ces optiques avec des diamètres allant jusqu'à 300 mm.
https://www.lasercomponents.com/de-en/news/
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