03 Juillet 2019  |  Productique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 04/2019

Des outils pour le futur

Elsbeth Heinzelmann*

Si vous vous intéressez à des études de photonique dans une haute école spécialisée, vous vous octroyez de nombreuses possibilités d’activités professionnelles dans le futur. On peut y approfondir l’optoélectronique ou le traitement d’images, la technique laser, l’éclairage industriel et la technique d’éclairage, l’utilisation d’instruments de mesure optique pour le diagnostic médical, la recherche scientifique ou le contrôle de sécurité. En ce qui concerne la photonique, la Haute école spécialisée bernoise BFH quitte les sentiers battus.

Contrairement à la Suisse orientale, où la photonique est proposée comme cursus au niveau bachelor, la BFHl’intègre dans les programmes d’études de bachelor en tant que technologie transversale prometteuse; elle n’est pas proposée comme un programme d’études spécial. Des sujets d’optique appliquée ou de photonique, comme les technologies laser ou de fibre optique, sont ici intégrés aux cursus existants.
 
Dunia Blaser et Ali El Sayed, tous deux doctorants, discutent d’une expérience de mesure des pertes dans une fibre optique.
 
 
La photonique regroupe plusieurs disciplines
«La BFH a délibérément renoncé à proposer la photonique comme une spécialisation; bien au contraire, elle est considérée comme une «technologie habilitante» qui, associée aux méthodes apparentées, permet à l’utilisateur de faire des bonds gigantesques en matière de performance et d’engendrer des compétences», explique le professeur Valerio Romano, responsable du groupe de technologie appliquée des fibres à la BFH et est directeur du groupe fibres optiques et du laboratoire de lasers à fibres de l’Université de Berne.
L’idée tient la route, elle permet aujourd’hui la concurrence dans les secteurs où règne l’interaction des technologies de télécommunication, d’Internet et des logiciels collaboratifs, y compris dans de petites entreprises. «En tant que technologie transversale, la photonique permet, par exemple, de renforcer des disciplines telles que la technique médicale, le génie mécanique ou la microtechnique», explique le professeur Roland Hungerbühler, directeur du Génie mécanique à la BFH Berthoud. «Prenons l’exemple du programme d’études en génie mécanique, qui figure dans trois des quatre cours de base de physique. Grâce aux cours spéciaux de technologie laser, les étudiants ont une vision approfondie du fonctionnement de ces instruments et de leurs multiples possibilités d’application», ajoute-t-il.
 
Hossein Najafi en train de régler la tête d’usinage d’une installation laser de dépôt direct de métal (LDMD). Cette installation permet d’effectuer l’impression 3D de métaux en formant des alliages à partir de poudres, lors de la très brève interaction avec le rayon laser. Le refroidissement rapide du métal en fusion permet de fabriquer l’objet progressivement. On peut ainsi créer de nouveaux alliages impossibles à confectionner par la méthode d’équilibre traditionnelle.
 
 
L’approfondissement de la technologie des procédés en ligne de mire
«L’approfondissement de la technologie des procédés dans le secteur du génie mécanique est un exemple gagnant-gagnant particulièrement fructueux. Les 5e et 6e semestres proposent aussi bien des méthodes comme la fabrication additive et l’impression 3D au moyen de lasers, que des procédés soustractifs, tels que l’ablation précise grâce à un laser à impulsions ultracourtes», déclare Roland Hungerbühler, qui veut organiser les études de telle manière que ses élèves puissent, plus tard, s’adapter aux techniques en constante mutation et évaluer correctement leur évolution.
«Au cours des deux semestres d’études conduisant au bachelor, les étudiants peuvent utiliser de manière directe les connaissances acquises. En utilisant comme outil principal un laser, ils apprennent la théorie et la pratique et s’exercent à fabriquer des pièces métalliques à partir de poudre et à les usiner avec la plus grande précision. Pour ce faire, le maître mot stipule «Un mégawatt à la précision d’un micron»», déclare le professeur Beat Neuenschwander, directeur du laboratoire «Laser Surface Engineerings». «Des matériaux de n’importe quelle dureté – des métaux jusqu’au diamant – peuvent être traités au moyen d’impulsions laser de quelques femtosecondes, c’est-à-dire avec la plus haute précision», ajoute-t-il.
Pour Valerio Romano, spécialiste du laser, c’est évident: «Cette stratégie offre aux futurs ingénieurs, les plus grandes chances de trouver un emploi. Grâce à la connaissance approfondie d’une discipline traditionnelle, l’utilisation des notions les plus modernes en photonique ouvrent de nouvelles perspectives».
 
Un système photovoltaïque à couche mince CIGS (Cu(In,Ga)Se2) qui a été usiné au moyen d’impulsions laser ultracourtes de haute précision, sélectives en fonction du matériau.
 
 
Une vision du futur: la photonique comme études de master
La situation est différente pour les études de master. Là, l’Institute for Applied Laser, Photonics and Surface Technologies ALPS s’est engagé, depuis des années, à ce qu’un cursus de master en photonique soit créé. Après plusieurs tentatives, cela paraît désormais possible à partir de 2020, dans le cadre du Master en science and engineering (MSE) des hautes écoles spécialisées suisses.
À la différence du bachelor, cet enseignement explore en profondeur le sujet de la photonique, et c’est la meilleure opportunité pour acquérir une solide formation. «Avec ce nouveau concept de profil MSE, nous voulons asseoir une formation approfondie, spécifique et resserrée, qui – spécialement concernant la photonique – dispose d’un large champ d’application dans de nombreuses disciplines», déclare le professeur Patrick Schwaller, directeur de l’institut ALPS. «Le profil est en bonne voie et son programme devrait démarrer en 2020. Les étudiants seront déjà recrutés en 2019», conclut-il.
Il est grand temps de proposer au marché du travail, les experts en photonique dont il a un urgent besoin, car les technologies optiques, associées à d’autres, ne sont de loin pas encore épuisées. Des problèmes à traiter d’urgence dans les secteurs de l’environnement, de la santé et des transports sont en attente. La photonique peut faire entrer dans le futur, à pas de géant, des domaines tels que le génie mécanique, la technologie médicale, ainsi que la communication et l’information.
 
Une fibre optique avec plusieurs centaines de noyaux fabriquée à la BFH. Le diamètre de chacun de ces noyaux est de quelques microns.
 
 
La lumière – rapide, précise et propre
Examinons la «photonique au silicium», qui force des photons dans un circuit électronique et nous entraîne vers un avenir dynamique, comme le prédit Valerio Romano: «La «photonique au silicium permet l’émergence de nouvelles possibilités, en concevant des circuits au silicium pouvant produire, conduire ou traiter dans la même puce, des signaux aussi bien électriques qu’optiques».
Rapporté au pourcentage massique, le silicium est le deuxième élément le plus fréquent dans la croûte terrestre, après l’oxygène. Composant de base de la technologie des fibres optiques et de l’électronique, il permet une fructueuse symbiose entre la photonique et l’électronique».
Bien entendu, certains circuits traditionnels au silicium devraient disparaître, permettant à de nouveaux d’apparaître, dotés de possibilités inédites. Cette avancée permettra l’émergence de circuits de transmission de la lumière, ainsi que d’importants progrès dans la vitesse de calcul des ordinateurs, présentant des performances totalement nouvelles. En médecine, de nouvelles possibilités de traitement des tumeurs, des maladies cérébrales et autres affections verront le jour, grâce à des molécules de principe actif activées par la lumière, adhérant aux cellules malades. Des voitures autonomes, des drones et des robots humanoïdes utiliseront la prochaine génération de capteurs optiques pour avoir des échanges fiables et intelligents avec nous et notre environnement. C’est ainsi que les innovations basées sur la photonique devraient modifier fondamentalement notre vie.
La lumière peut se propager sur de grandes distances grâce aux fibres optiques et celles-ci ne consomment qu’une infime partie de l’énergie dont les technologies conventionnelles ont besoin pour transporter les électrons dans les fils de cuivre. Nous pouvons construire aujourd’hui des composants optiques à l’échelle du micron, une étape comparable au passage de l’électronique traditionnelle à la microélectronique des années 60.
 
Le «White Paper Photonics Switzerland»
Rédigé par des représentants de la science et de l’industrie sous l’égide de Swissmem, le «White Paper Photonics Switzerland», décrit les objectifs de cette initiative désormais nécessaire. Il s’agit de:
  • continuer à développer rapidement et méticuleusement les compétences, les technologies et l’expérience acquise en photonique pour des applications de produits et procédés ayant une portée économique essentielle;
  • utiliser le potentiel de croissance exceptionnel des technologies photoniques de manière optimale et compétitive pour la Suisse;
  • équiper et renforcer le site de production qu’est la Suisse et créer de la valeur ajoutée avec des produits et des chaînes de processus des plus modernes;
  • renforcer les bases d’innovation de l’industrie suisse – les PME avant tout, qui sont très importantes dans ce secteur – et permettre leur valorisation grâce à des applications de produits et procédés attractives et concurrentielles sur le marché mondial;
  • créer des conditions adéquates pour l’industrie suisse de la photonique afin de rester compétitif au plan international;
  • structurer cet important secteur industriel au moyen d’un partenariat public-privé, pour que la Suisse continue à rester compétitive et attractive – comme cela a remarquablement réussi à l’étranger –, afin de ne pas nous laisser distancer.
 
Ou, comme le dit Hans Hess, président de Swissmem: «Le «White Paper» l’exhorte, la photonique, avec son pôle technologique, a besoin d’une priorité de financement encouragée au plan national et mérite le soutien de tous les acteurs importants du financement de la recherche nationale. L’industrie et la science s’en portent garants et sont prêts à y contribuer de manière substantielle.»
 
Liens
Plate-forme technologique européenne Photonics2: www.photonics21.org
Groupe spécialisé Swissmem Photonics: www.swiss-photonics-industry.ch
RTN Swissphotonics: www.swissphotonics.net
Haute école spécialisée bernoise BFH-TI:www.ti.bfh.ch
 
 

*Journaliste science + technologie


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