S'appuyant principalement sur le laser Mégajoule mais aussi sur l'excellence de la recherche en Aquitaine dans le domaine de l'optique photonique, "Route des Lasers" ambitionne de créer une nouvelle filière technologique.
Cet article a été rédigé par Jean-François Desessard.
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Tradition optique oblige, Bordeaux, et plus généralement l'Aquitaine se devait, dans le cadre de l'appel à projets pour la création de pôles de compétitivité en régions, lancé par le Gouvernement à l'automne 2004, de proposer un dossier de candidature visant à "tracer", sur une quarantaine de kilomètres, entre Bordeaux et Arcachon, une route pas comme les autres baptisée "Route des Lasers". Labellisé en juillet 2005, ce pôle de compétitivité s'appuie principalement sur cet équipement exceptionnel qu'est le laser Mégajoule (LMJ), actuellement en construction sur le site du CEA/Cesta, au sud de Bordeaux, mais aussi sur l'excellence de la recherche dans cette région, en particulier des universités de Bordeaux 1 et 2. Visant à structurer l'optique photonique en Aquitaine et à y créer une nouvelle filière technologique ayant des répercussions, tant au plan régional que national, ce pôle vient d'achever une première étape de structuration qui a conduit en particulier à la création d'Alphanov et de Pyla.
Prononcer le mot "route" en parlant de la région de Bordeaux, c'est évoquer, évidemment, celle des vins qui traverse les vignes de quelques-uns des plus grands crus du monde. Cela dit, il existe au coeur de cette même région une "route" bien différente de celle des vins, mais qui recèle également de "grands crus", certes d'un tout autre genre. Encore peu ou pas connue du grand public, celle-ci, qui s'étend de la métropole régionale bordelaise au Bassin d'Arcachon, sur une quarantaine de kilomètres, rappelle ces concentrations de moyens scientifiques et technologiques que sont la célèbre Silicon Valley, au coeur de la Californie, sur la côte Ouest des Etats-Unis, et la non moins célèbre Route 128, à la périphérie de Boston, sur la côte Est.
Cette "Route des Lasers", comme elle a été baptisée, constitue aujourd'hui un des 71 pôles de compétitivité français. Mais cette "route" n'a pas surgi ex nihilo. Il y avait en effet un terreau propice à son émergence. "Il existe une tradition de l'optique déjà ancienne à Bordeaux, mais également un savoir-faire en matière de développement du laser", rappelle le professeur André Ducasse, président d'Alpha, gouvernance de ce pôle de compétitivité. Ainsi, Alfred Kastler, le prix Nobel de physique, dont les travaux ont largement contribué au développement du laser, a travaillé à Bordeaux dès 1931. Quant aux premières recherches des scientifiques bordelais dans ce domaine, elles ont été initiées il y a tout juste quarante ans. C'est également à Bordeaux, en 1975, qu'a été dispensée la première formation sur le fonctionnement des lasers.
Mégajoule, une locomotive pour le pôle
Plus récemment, en 1995, l'Etat a décidé d'implanter le laser Mégajoule en Aquitaine, sur le site du CEA/Cesta, au Barp, en Gironde, un équipement exceptionnel comparable au National Ignition Facility (NIF), installé en Californie, sur lequel travaillent les chercheurs américains. Rappelons que le LMJ, qui devrait être opérationnel à l'horizon 2011, sera alors le laser le plus énergétique du monde. Il devrait permettre en effet de déposer une énergie de 1,8 mégajoule (MJ) sur une cible minuscule, composée de deutérium et de tritium, grâce à 240 faisceaux convergents, une énergie suffisante pour provoquer la fusion nucléaire de ces deux isotopes de l'hydrogène.
Réalisées dans le cadre de Simulation, un programme mené par le CEA pour développer et pérenniser les armes nécessaires à la force de dissuasion, ces expérimentations ont pour but d'étudier les processus physiques mis en oeuvre dans l'étape finale du fonctionnement d'une arme nucléaire.
D'ores et déjà, la ligne d'intégration laser (LIL), un prototype à l'échelle 1 de l'une des 30 futures chaînes laser du LMJ, opérationnel depuis avril 2003, a permis de valider en vraie grandeur l'ensemble des concepts retenus, mais également de réaliser des expériences civiles dont les résultats ont fait l'objet de publications. Par ailleurs, le LMJ bénéficie aussi du soutien technique et scientifique qu'apporte le laser de puissance ALISE (activité laser impulsionnel pour les études). Celui-ci est capable de délivrer une impulsion lumineuse de 100 à 1.000 milliards de watts dans une durée extrêmement courte, de l'ordre d'un milliardième de seconde, voire moins dans certaines configurations (voir "Un laser pour nettoyer les moules des pneumatiques" en fin d'article).
La région abrite donc déjà un certain nombre d'instruments assez uniques, qu'ils soient en cours de construction comme LMJ ou déjà opérationnels comme la LIL et Alise. Mais, à cet ensemble, il faut encore ajouter Petal (petawatt Aquitaine laser), le projet de laser de haute énergie et de haute puissance, en cours de développement, dont la Région Aquitaine est maître d'ouvrage, associée au CEA/Drecam, l'Etat et l'Union européenne étant partenaires de ce projet. Opérationnel au début de la prochaine décennie, celui-ci génèrera des impulsions lumineuses à 35 kilojoules durant 0,5 à 5 picosecondes. Couplé aux huit faisceaux lasers de haute énergie de la LIL, il fournira alors un banc d'essai européen pour étudier l'interaction laser / matière, permettant ainsi notamment d'explorer de nouveaux concepts de fusion par laser. "Petal est d'autant plus important qu'il pourrait représenter une sorte de marchepied du programme européen baptisé "HIPER", actuellement en cours d'examen", souligne le président du pôle. Rappelons qu'HIPER (european HIgh Power Energy Research facility) est centré sur la faisabilité d'une source d'énergie basée sur la fusion par laser.
Des moyens techniques exceptionnels, certes, mais également des moyens humains qui ne le sont pas moins. Avec plus de 500 chercheurs, qui se répartissent évidemment au CEA/Cesta, mais également au sein du Celia (Centre lasers intenses et applications), du CPMOH (Centre de physique moléculaire optique et hertzienne) et de l'IMS, qui est le laboratoire de l'intégration du matériau au système, l'Aquitaine abrite en effet l'une des plus importantes concentrations européennes de spécialistes en optique et laser. "Dans un pareil contexte, sachant par ailleurs que le conseil régional d'Aquitaine exprimait alors sa volonté de développer cette nouvelle filière optique et laser, nous avons donc créé l'association Alpha (Aquitaine laser photonique et applications) en juillet 2004 qui allait nous conduire tout naturellement quelques mois plus tard à présenter un dossier dans le cadre de l'appel à projets pour la création des pôles de compétitivité", rappelle l'universitaire bordelais.
Achèvement d'une première étape de structuration
S'il bénéficiait donc de nombreux atouts qui l'ont amené à obtenir une labellisation méritée en juillet 2005, le pôle Route des Lasers n'en demeurait pas moins au lendemain de ce succès un très beau projet qu'il fallait désormais transformer. "Le challenge était de structurer la communauté du laser et de l'optique et, pour commencer, de favoriser les rencontres entre les chercheurs des laboratoires de la région et les représentants des quelques PME déjà présentes.
Il s'agissait d'une démarche nécessaire pour accélérer le développement du tissu industriel, tout juste naissant, dans ce domaine", précise André Ducasse. Cette première étape de structuration du pôle a conduit notamment à la création, en janvier 2007, d'un premier outil particulièrement original en matière de valorisation et de transfert technologique baptisé Alphanov. Inscrit au contrat de projets Etat / Région pour un montant de 12 millions d'euros, ce centre technologique, labellisé CRT (centre de recherche technologique), regroupe aujourd'hui une vingtaine de personnes. "Il s'agit d'une véritable plate-forme technologique de lasers et d'applications où les ingénieurs travaillent en collaboration à la fois avec les chercheurs des laboratoires publics et les industriels, en particulier les PME, voire certaines start-up. Alphanov joue en quelque sorte le rôle d'un maillon essentiel entre chercheurs et ingénieurs, un maillon dont l'absence, jusqu'à présent, empêchait le plus souvent le développement d'un prototype ou le lancement d'une préproduction. Or ces démarches ont commencé à faire leur apparition dans ce centre", s'enthousiasme-t-il.
Contrairement à beaucoup de ses homologues, le pôle Route des Lasers a privilégié dès sa création les moyens humains en travaillant sur la formation. D'où la création de Pyla, une plate-forme dont le rôle est d'initier, d'organiser et de coordonner des actions de formation continue en mutualisant les compétences de l'ensemble des acteurs du secteur. Lieu d'échange et de réflexion pertinent, non seulement pour la mise en place de stages de formation continue mais également pour la professionnalisation des filières universitaires diplômantes, Pyla, qui se veut aussi un relais entre les organismes de formation et les besoins des entreprises, développe progressivement un catalogue des stages de formation sur les thématiques de l'optique, des lasers et de l'environnement contrôlé. "Pyla propose également aux médecins une formation aux applications des lasers, celle-ci étant sanctionnée par un diplôme interuniversitaire.
Soixante médecins ont participé à la première édition de cette formation dont le succès a été tel qu'il a fallu refuser du monde". Fort de ce savoir-faire, le pôle Route des Lasers s'est d'ores et déjà positionné dans le cadre de la plate-forme européenne Photonics 21 du 7e PCRD, développée essentiellement par les Allemands, mais qui, jusqu'à présent, n'intégrait quasiment pas l'aspect formation. "Ce type de démarche nous permet d'installer progressivement au niveau européen des idées originales, tant en matière de formation initiale que continue", se réjouit-il.
Un besoin de PME innovantes
L'objectif affiché de ce pôle de compétitivité est de devenir un pôle mondial, tant en matière de recherche sur les lasers de puissance que sur les applications des lasers, et de conquérir une position de leader dans le domaine de la formation sur les lasers et l'optique. Incontestablement, il en a les atouts, même si son tissu de PME reste faible. "Le pôle se développe au rythme du Mégajoule. Aussi avons-nous encore besoin de temps pour disposer d'un véritable tissu industriel dans ce secteur. D'ores et déjà, une douzaine de start-up a vu le jour à partir d'une poignée d'entreprises spécialisées dans la photonique", rappelle le président d'Alpha.
Des grands noms de l'industrie du laser, et pas des moindres, sont attendus dans la région. Des antennes de quelques grands groupes industriels s'installent progressivement autour du Mégajoule "Ce dont nous avons le plus besoin actuellement, ce sont de PME innovantes", souligne-t-il. D'où la création par la société d'économie mixte locale (SEML) Route des Lasers, créée en 2004, de zones d'activités, à l'image de Laseris 1 qui, sur 20 hectares, accueille des entreprises impliquées dans le développement de Mégajoule mais aussi des activités scientifiques et industrielles liées à la filière optique laser. Ainsi Sagem, Cilas / EADS, Gerac / Thales, Elyo / Suez ainsi que l'Institut des lasers et plasmas (ILP), qui rappelons-le a été créé en 2003 par le CEA, l'université de Bordeaux 1, le CNRS et l'Ecole polytechnique, et dont la mission est de promouvoir la recherche dans le domaine des plasmas denses et chauds et des lasers intenses, ont décidé de s'y installer.
A terme, l'Institut d'optique graduate school de Palaiseau pourrait également créer une antenne importante en Aquitaine qui s'intégrerait sans doute dans un grand pôle regroupant l'IMS, le centre Inria / Sud-Ouest, nouvellement créé, et l'ensemble des laboratoires de photonique de l'université de Bordeaux, renforçant du même coup l'attractivité de cette "Route des Lasers" dont le tracé semble si prometteur (voir "Mieux localiser la position de la tête casquée d'un pilote" en fin d'article).
Le point sur :
Un laser pour nettoyer les moules des pneumatiques
C'est la solution préconisée par Quantel, un des leaders mondiaux dans le secteur des lasers à solide, et Eolite Systems, une petite entreprise de 17 personnes, créée en 2004, qui fabrique des lasers à fibre pour des applications industrielles, dans le cadre d'un projet baptisé Cleanlase. Labellisé par le pôle Route des Lasers, celui-ci a été retenu lors du 6e appel à projets du fonds unique interministériel (FUI).
Depuis une dizaine d'années, Quantel s'intéresse au nettoyage par laser et a développé des systèmes utilisés en particulier sur des façades de cathédrales ou des statues, voire d'autres oeuvres d'art. Mais le coût qu'entraîne la mise en oeuvre de solutions de ce type reste trop élevé pour envisager son utilisation sur des pièces industrielles. Cela dit, certains secteurs, en particulier celui des pneumatiques, sont demandeurs de solutions pour nettoyer leurs moules. Regroupant Quantel, Eolite Systems, un laboratoire bordelais, le CPMOH (Centre de physique moléculaire optique et hertzienne), et Alphanov, Cleanlase a pour objectif, à l'horizon de deux ans, de disposer d'un prototype, très proche du produit industrialisable, qui permettra alors de réaliser des démonstrations de nettoyage pour les industriels.
"Pour optimiser les capacités de nettoyage de ce laser, nous allons transformer la forme naturelle du faisceau, qui est pointue, afin de la rendre plate, et par conséquent plus efficace pour gratter une surface", explique François Salin, ingénieur opticien, créateur, avec Philippe Métivier, d'Eolite Systems. Autre développement technologique envisagé dans le cadre de ce projet, un système de localisation du faisceau à partir de l'analyse de la lumière émise. "D'où la possibilité de savoir exactement, durant toute cette étape de nettoyage, sur quelle partie vient taper le faisceau, en l'occurrence, le moule ou le pneumatique", précise-t-il. D'où une étape de nettoyage plus rapide, puisque ce dispositif évite de sur-nettoyer certains endroits du moule, mais également une précision accrue ce qui permet d'envisager à terme le nettoyage de pièces très fragiles ou sensibles.
contact : François Salin, francois.salin@eolite.com
Mieux localiser la position de la tête casquée d'un pilote
C'est l'objectif que se sont fixés les partenaires du projet "PLUS"(positionnement laser uni-source), colabellisé par les pôles de compétitivité Aerospace Valley et Route des Lasers, et financé conjointement par le fonds unique interministériel (FUI) et le conseil régional d'Aquitaine, avec le soutien local d'OSEO Anvar. Trois entreprises, Thales Avionics, Novalase, I2S, et l'IMS (laboratoire de l'intégration du matériau au système) participent à ce projet, d'une durée de deux ans, qui devrait aboutir à la conception d'un système qui sera alors testé sur les bancs de recette du groupe Thales.
Aujourd'hui, les pilotes d'avions de combat ou d'hélicoptères portent un casque qui intègre différentes fonctionnalités, dont de l'affichage, ce qui permet d'accroître leur réactivité et leur efficacité opérationnelle. Les informations dites "conformes", c'est-à-dire celles qui vont se superposer aux éléments du paysage, sont parmi les plus difficiles à afficher dans un casque.
"Pour être capable de faire de l'affichage conforme, il faut savoir où le pilote tourne sa tête. Aussi est-il nécessaire de disposer d'un système de détection de posture (DDP), ou HTS (Head Tracking System)", explique Lilian Lacoste, responsable de l'innovation et des études avancées pour les applications hélicoptères et avions d'armes de Thales Avionics.
Précis, résistant à tous les environnements aéronautiques, ce système, qui repose sur un principe optique, dont la mise en oeuvre est facilitée par l'utilisation d'un laser, va devoir également être intègre. Autrement dit, il faudra être capable de détecter la moindre perturbation de ce système. "Sa conception constituerait un premier pas qui permettrait sur les avions de chasse par exemple de se passer du viseur fixe HUD (Head Up Display) au proft d'un affichage des informations dans une nouvelle génération de viseurs de casque", indique Lilian Lacoste.
