L'Allemagne entend être un acteur de premier plan dans le secteur des technologies optiques, tant en termes de recherche que de développements technologiques et industriels.
Cet article a été préparé par Gaëlle Degrez, à partir du rapport "Les technologies optiques - Présentation des efforts institutionnels en matière de R&D en France et en Allemagne" réalisé par Marina Pajak, du service pour la Science et la Technologie de l'ambassade de France en Allemagne, que nous remercions pour sa collaboration.
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Glossaire :
[1] Technologies femtoseconde : une femtoseconde est égale à 10-15 secondes ; les technologies comme par exemple les sources laser à impulsions ultracourtes (de quelques dizaines à une centaine de femtosecondes) constituent des outils très performants.
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La photonique joue un rôle essentiel dans notre monde de haute technologie, où elle a sa place dans des applications aussi variées que la transmission et le traitement de l'information, l'imagerie, la communication quantique, la métrologie, l'astronomie... Les Allemands utilisent le terme de "technologies optiques" pour définir ce domaine de recherche dans lequel le pays entend bien être un acteur de premier plan tant en termes de recherche que de développements technologiques et industriels.
Parce qu'elles sont basées sur la photonique - la science de la lumière - et qu'elles sont capables de créer, de contrôler et de mesurer cette lumière, les technologies optiques permettent notamment de transmettre des informations via des faisceaux lumineux. Le rapprochement de l'optique avec l'électronique et microélectronique, la mécanique ainsi que l'informatique a permis le développement d'instruments de haute technologie. L'optique est une technologie transverse qui contribue au développement de nombreux secteurs.
Elle recèle un potentiel de compétitivité considérable car elle est multidisciplinaire et diversifiée et génère une forte valeur ajoutée. Du fait de son rôle irremplaçable dans un très grand nombre de secteurs, elle a une portée économique mondiale qui dépasse très largement le marché optique proprement dit, avec un taux de croissance annuel de l'ordre de 10 à 20%.
L'Europe en pointe de la photonique avec PhoToniCS21
L'Europe représente aujourd'hui environ 30% du marché potentiel mondial ; la France, l'Allemagne et l'Angleterre représentant à leur tour, chacune, 30% du marché européen. L'intérêt des technologies optiques pour la croissance économique a été reconnu par l'Europe dès la mise en place du sixième programme-cadre pour la recherche et le développement technologique (PCRDT), en 2002. Les thèmes retenus étaient, entre autres, les méthodes modernes de production, le diagnostic et le traitement des tumeurs par le rayonnement lumineux, les nouvelles méthodes de lithographie optique. Depuis 2007 et jusqu'en 2013, le 7e PCRDT est entré en vigueur. Les domaines de recherches les plus prometteurs qui y sont inscrits sont notamment le développement de matériaux organiques nanostructurés possédant des propriétés électroniques, les optiques déterminés ainsi que leur implémentation ultérieure en capteurs, écrans, "papier électronique", composants optoélectroniques, LED, cellules solaires...
Dans le cadre d'un sous-programme, l'Europe encrage particulièrement les recherches sur les lasers hautement performants, les sources de lumière "solid-state" brillantes, les fibres optiques présentant des fonctionnalités spécifiques, les capteurs d'images hautement performants et les capteurs exploitant des principes innovants (voir "L'Europe vise la première place" en fin d'article).
L'Allemagne a réussi à être l'un acteur de premier plan au niveau mondial dans de nombreux secteurs des technologies optiques grâce au développement d'infrastructures nationales remarquables tant au niveau de la recherche et de l'industrie, qu'au niveau des financements alloués à ce domaine. Actuellement, dix réseaux de compétence, regroupant 111 centres de recherche et 230 entreprises effectuent des recherches dans ce domaine. Afin d'asseoir durablement sa réussite, l'Allemagne met particulièrement l'accent sur cette mise en réseau intensive des ressources comme elle le pratique depuis longtemps pour la technique laser - en 2005, 40% des sources laser utilisées dans le monde pour le traitement des matériaux provenaient d'Allemagne.
Un ambitieux programme de soutien
Depuis 2002, le BMBF (ministère fédéral de l'Enseignement et de la Recherche) a mis en place un programme de soutien aux technologies optiques : "Optische Technologien - Made in Germany". Le programme est financé à hauteur de 270 millions d'euros sur cinq ans (entre 2002 et 2006 avec un accroissement du soutien financier annuel de 28%). Il soutient actuellement quatre thèmes de recherche.
Il s'agit de la technologie femtoseconde [1], utilisée en technique des matériaux et en médecine ; des diodes laser haute puissance, utilisées dans les technologies médicales de production et d'impression ; de la biophotonique, utilisée surtout en médecine pour l'étude des cellules et des tumeurs et enfin des diodes électroluminescentes organiques (OLED, Organic Light-Emitted Diode) utilisées pour les affichages lumineux (téléphones cellulaires et bientôt écrans plats de télévision).
Le programme Optische Technologien répond aux problématiques établies en collaboration avec les grandes entreprises allemandes et favorise le transfert technologique dans divers domaines tels que la santé, L'environnement, les transports, la production... Avec ce programme, l'Allemagne cherche à renforcer le marché de l'emploi scientifique ainsi que sa position sur le marché des technologies optiques au niveau international. Les emplois générés par les technologies optiques représentent actuellement plus de 10% des effectifs du secteur manufacturier en Allemagne, soit environ 650.000 salariés (110.000 personnes travaillant directement à la production de lentilles, de fibres optiques, de diodes électroluminescentes ou de lasers). Mais la pénurie actuelle de main d'oeuvre et de spécialistes risque de freiner l'essor des technologies optiques en Allemagne. Le pays met donc l'accent sur la formation, avec par exemple la campagne "FaszinationLicht" dont l'objectif est de promouvoir les technologies optiques dans les écoles, les entreprises, les universités et les instituts de formation continue.
A la reconquête d'un marché
Dans le cadre du programme Optische Technologien, le BMBF a lancé le 11 septembre 2006 l'"Initiative OLED". Il s'agit d'un programme de recherche et développement sur les diodes organiques électroluminescentes (OLED) visant à produire des systèmes d'éclairages et d'affichages de nouvelles générations. Découverte à la fin des années 1980, l'électroluminescence organique est principalement utilisée dans le domaine des écrans d'affichage. Par rapport à son principal concurrent, l'écran plat LCD basé sur des cristaux liquides, l'écran OLED présente l'avantage d'être un système émissif avec un temps de réponse très rapide et une faible consommation d'énergie. Les projets de recherche actuels devraient donc permettre de développer des sources lumineuses larges (actuellement seuls de petits écrans d'affichages dans les appareils électroniques tels que les téléphones portables utilisent cette technologie), flexibles (par exemple des papiers peints lumineux ou des écrans de télévision enroulables), peu coûteuses et à faible consommation énergétique.
Le programme OLED prévoit un budget de 100 millions d'euros sur les cinq prochaines années. Dans la première phase de l'initiative, le BMBF a décidé de soutenir cinq groupes de recherche, soit au total 33 partenaires (universités, instituts de recherche et entreprises). Les entreprises associées à cette initiative se sont engagées de leur côté, à investir 500 millions d'euros. Cette initiative s'inscrit bien dans la stratégie high-tech du BMBF lancée par la chancelière Angela Merkel au cours de l'été 2006, qui vise à compléter les financements publics par des moyens industriels.
En 2003, le chiffre d'affaire mondial du marché des diodes électroluminescentes organiques était estimé à environ 260 millions de dollars. Actuellement, les produits OLED ont un potentiel de marché de l'ordre de 2 milliards de dollars et d'ici 2008, ce marché devrait atteindre plus de 6,5 milliards de dollars. Les entreprises allemandes sont déjà très bien positionnées sur ce nouveau marché et souhaitent reconquérir le marché des technologies d'affichage (qu'elles avaient perdu avec les écrans LCD). Pour cela, les entreprises qui participent à l'initiative OLED projettent de construire d'ici un à trois ans, une usine de production en série d'écrans plats à matrices actives à base de diodes OLED en Allemagne.
Grands projets pour petits systèmes
Les nanotechnologies sont de plus en plus utilisées pour la fabrication des composantes optiques. Les activités de recherche visent à élaborer des méthodes de fabrication et d'utilisation ultraprécises d'instruments, de composants optiques et de systèmes permettant de développer et d'inspecter à l'échelle nanométrique : l'utilisation des ondes ultracourtes (inférieures à 200 nm) exige une précision de l'ordre du vingtième de la longueur d'onde avec des tolérances de plus en plus faibles.
Depuis 2004, le BMBF finance le thème "Nano-optique" dans le cadre du programme Optische Technologien sur 3 ans et à hauteur de 10 millions d'euros. Il faut également noter que 50% des projets actuellement encouragés dans le cadre du programme Optische Technologien sont dans le domaine nanométrique (par exemple "Briolas" diodes laser, cristaux photoniques, OLED Nanolux...).
Pour l'Allemagne, l'optique est donc un des secteurs de pointe de la recherche aussi bien dans les universités que dans les organismes de recherche ou encore dans l'industrie. Les recherches actuelles sur des structures de plus en plus petites (micro et nano-optique) vont conduire à une miniaturisation des systèmes, à une augmentation de leur capacité et de leur fonctionnalité. Les développements futurs de l'industrie s'appuient sur une recherche forte et un enseignement adapté et de haut niveau ainsi que sur des moyens de transfert recherche/industrie. Le pays doit donc impérativement renforcer les collaborations et accompagner les centres de technologie ou de transfert qui se mettent en place.
Grâce à ses programmes de soutien, l'Allemagne espère renforcer sa place dans la compétition internationale. L'importance de l'initiative OLED et la construction d'une usine de production en série d'écrans plats à matrice actives à base de diodes OLED devrait permettre à l'Allemagne de reconquérir le marché des technologies d'affichage qu'elle avait perdu avec les écrans LCD. Les investissements et la production s'étaient délocalisés en Asie. La recherche ne se séparant que rarement des lieux de production, l'Allemagne avait ainsi perdu la technologie des écrans LCD malgré un développement important des technologies LCD allemandes au niveau international.
Le point sur :
L'Europe vise la première place
Depuis trois ans, l'Europe s'est dotée d'une plateforme technologique baptisée "Photonics21". Il s'agit d'un plan d'action coordonné au niveau européen pour explorer les applications futures quasi illimitées de la lumière et de récolter les fruits attendus en terme de création d'emplois et de richesses. Photonics21 s'engage à hisser l'Europe à la première place du développement et du déploiement de la photonique dans l'éducation et la formation ainsi que dans cinq domaines industriels : information et communication, éclairage et affichage, fabrication, sciences de la vie et sécurité.
En coopération avec la Commission européenne, Photonics21 veut assurer la promotion des technologies optiques au sein du 7e PCRDT. Cette plateforme joue donc un rôle technologique très important dans la mesure où elle réunit en son sein à la fois des scientifiques et des industriels, permettant de favoriser la recherche, le développement ainsi que le transfert technologique.
