[L’Actu – Juillet 2024]
Demain, un transfert d’information de plus en plus rapide sur de grandes distances ?
Alors que des technologies comme les télécommunications optiques utilisent déjà des propriétés de la lumière (son intensité notamment) pour porter l’information, l’équipe Optoélectronique quantique du LPCNO, vient d’obtenir des résultats prometteurs sur un système qui pourrait permettre de propager l’information à plus haut débit, sur de longues distances et en consommant moins d’énergie.
Coder de l’information afin de pouvoir la propager à plus haut débit et avec une consommation moindre d’énergie, grâce à une des propriétés de la lumière, la polarisation des photons, c’est-à-dire leur hélicité, hélicité que l’on pourrait choisir via un appareillage moins lourd que celui qui existe déjà pour ce faire : c’est ce que vient de réussir une équipe du LPCNO (Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets), en collaboration avec plusieurs laboratoires français et internationaux, dont l’Institut Jean Lamour (CNRS/Université de Lorraine, France).
Leurs travaux, qui ont agrégé durant des années de nombreux chercheurs, ingénieurs de recherche, doctorants et post-doc, portent sur la spintronique, technique qui exploite une propriété quantique et magnétique de l’électron appelée spin (« rotation ») pour coder des informations binaires. Ce spin des électrons (moment magnétique) ne peut prendre que deux orientations, up et down, l’une assignée à un bit de valeur 0, l’autre de valeur 1. Cette technique offre la possibilité de stocker l’information binaire en générant des bits magnétiques et elle est déjà utilisée dans de nombreux dispositifs numériques comme les mémoires magnétiques MRAM. Mais au-delà du stockage, ce qui intéresse aujourd’hui le monde scientifique qui travaille dans le champ de la spintronique dans les semi-conducteurs, c’est la façon dont on peut transporter cette information à plus haut débit et sur de longues distances : les travaux actuels, à l’instar de ceux menés par Pierre Renucci dans cette équipe à l’INSA Toulouse, pourraient alors avoir un intérêt dans divers domaines.
Quels domaines ? « Plusieurs », répond le chercheur évoquant les écrans 3D, la cryptographie quantique, la bio-médecine, chercheur qui insiste néanmoins sur la dimension fondamentale de ces travaux et le temps long de la recherche et des développements qui pourraient découler ensuite. Mais un champ d’application est d’ores et déjà bien identifié, celui des télécommunications optiques qui utilisent déjà l’intensité de la lumière pour véhiculer l’information. « Si on peut changer l’hélicité du photon (donc la rotation du champ électrique associé), on peut véhiculer les informations à des fréquences et des vitesses plus rapides, donc augmenter le débit d’information et avec une consommation d’énergie plus faible. Actuellement, l’information est portée par l’intensité de la lumière. Par exemple, des applications souvent désignées sous le vocable de LIFI (Light fidelity) permettent de communiquer en espace libre et sur de courtes distances (< 5 m) ». précise-t-il. « Notre spinLED permettrait d’améliorer le LIFI avec un débit d’information plus important, par exemple entre deux ordinateurs dans un même data center, en codant l’information dans l’hélicité (polarisation circulaire droite ou gauche) de la lumière plutôt que dans son intensité. »
Utilisation d’une impulsion électrique plutôt qu’un champ magnétique pour moduler l’aimantation de l’injecteur de spin
C’est sur la nature de la spinLed qu’elle a contribué à mettre au point et analyser que cette équipe se démarque. En effet, pour changer l’orientation des spins (up ou down), on utilise actuellement des couches magnétiques dont on inverse l’aimantation, mais ces inversions sont générées par des électro-aimants puissants, donc très volumineux et peu maniables, et la fréquence d’encodage reste relativement lente, de l’ordre du kHz. Les scientifiques unis autour de ces travaux ont cherché de leur côté à identifier comment on pourrait convertir et moduler l’état magnétique de l’électron en un signal lumineux porteur de ces informations via un process moins lourd : ils ont utilisé pour la première fois une impulsion électrique pour moduler l’aimantation de l’électrode injectant des spins dans un semi-conducteur, ce dernier convertissant le spin de l’électron en signal optique présentant une polarisation circulaire spécifique. Grâce à cet effet, la fréquence de l’encodage pourrait atteindre 10 à 100 GHz. Et le dispositif expérimental générant ces impulsions présente une taille réduite qui rend sa mise en œuvre bien plus aisée. Les résultats obtenus par ces chercheurs constituent donc une première étape importante vers la mise au point de dispositifs qui pourraient combiner les fonctionnalités d’écriture, de stockage et de transfert de l’information par voie optique.
Prochain objectif ? « Essayer, en travaillant sur de nouveaux matériaux, de commuter cette hélicité de la lumière de plus en plus vite », précise Pierre Renucci. Et mettre au point un émetteur de spins laser plutôt que LED, « car les lasers émettent de la lumière plus directionnelle et plus intense, ce qui permet de propager cette lumière [et donc l’information qu’elle transporte, nldr] sur des distances plus grandes, avec un haut débit et une consommation d’énergie maîtrisée ».
L’article publié dans Nature : « Contrôle de l’hélicité de la lumière par renversement électrique d’aimantation – Controlling the helicity of light by electrical magnetization switching »
Rédaction : Camille Pons, journaliste
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J'ai toujours été passionné par les avions.
Après une rentrée en classe préparatoire, il réalise rapidement que ce modèle ne lui correspond pas pleinement. Il trouve alors à l'INSA un équilibre entre exigence académique et ouverture à d'autres centres d'intérêt.
J'aimais aussi lire, sortir, avoir une vie en dehors des études.
Le choix du génie électrique s'impose ensuite naturellement. Pour celui qui rêve d'aéronautique, cette spécialité représente alors « le centre nerveux des avions ».
De la technologie au collectif
Diplômé, après des stages à Motorola, Jean-Marie Garigue rejoint Alcatel, où il travaille sur des systèmes de traitement du signal et de l'image pour satellites. Guidé par son goût pour les technologies, il poursuit ensuite son parcours chez Alcatel puis Thales, dans des domaines aussi variés que les radars, la cybersécurité, la navigation, l'observation optique ou les télécommunications spatiales.
Au fil des années, se renforce cette idée que la performance technique seule ne suffit pas.
La performance technique a besoin de la performance collective pour conserver une longueur d'avance.
Cette conviction l'amène vers le management de projets puis vers des fonctions de direction. Dans une famille d'enseignants où l'accomplissement collectif comptait davantage que les titres, il voit dans ces responsabilités une occasion d'agir sur la transformation des organisations, leur compétitivité et leur avenir.
Ces responsabilités nourrissent également chez lui un véritable sens entrepreneurial. Au fil de sa carrière, il a vu des entreprises prospérer, se transformer ou parfois disparaître faute d'avoir su anticiper les évolutions de leur marché. Pour lui, l'ingénieur a donc aussi un rôle à jouer dans la capacité des organisations à innover, à se réinventer et à préparer l'avenir.
Après plus de vingt ans chez Thales Alésia Space, il choisit de découvrir un nouvel univers en rejoignant la division avionique de Thales, en tant que responsable de l’ingénierie des équipements, avant d'intégrer Airbus en 2020. Une étape importante pour celui qui se dit particulièrement attaché à la dimension européenne du groupe et à son ancrage territorial.
Diversité, ouverture et sens pratique
Malgré un parcours qui l'a conduit vers de hautes responsabilités industrielles, Jean-Marie Garigue reste profondément attaché au modèle de formation de l'INSA. Il en retient d'abord la diversité. « J'ai eu beaucoup de plaisir à découvrir l'international, à côtoyer des étudiants tunisiens, norvégiens et bien d'autres. Cela ouvre les horizons. »
Cette expérience lui paraît aujourd'hui essentielle dans des entreprises mondiales comme Airbus, où la diversité des parcours nourrit la qualité des décisions.
Il souligne également la force du modèle des sciences appliquées. Les travaux pratiques, les projets et le contact avec le terrain développent un sens concret de la résolution de problèmes qu'il continue de valoriser chez les jeunes ingénieurs.
Mais, à ses yeux, l'INSA forme surtout des ingénieurs capables d'aller au-delà de la technique.
Comprendre le monde pour agir
Jean-Marie Garigue insiste sur l'importance des humanités dans la formation. Elles développent la capacité à analyser, argumenter et dialoguer avec des acteurs très différents. « Les ingénieurs doivent être capables de s'intégrer dans leur environnement et de comprendre le monde dans lequel ils agissent. »
Lecteur d'histoire des sciences et de conquête spatiale, il considère qu'aucune innovation ne peut être pensée indépendamment de son contexte économique, social, environnemental ou géopolitique. Cette compréhension des écosystèmes est devenue selon lui une compétence essentielle. Les entreprises, les technologies et les territoires n'évoluent jamais isolément ; leur performance dépend de leur capacité à interagir avec leur environnement et à aller chercher de l'intelligence à l'extérieur.
Très attaché à sa région d'origine, le Lot, il y voit également une manière de rester connecté aux réalités humaines qui doivent entourer l'innovation.
À cela s'ajoutent d'autres marqueurs du modèle INSA auxquels il reste très attaché : les activités associatives et la pratique sportive obligatoire. « Le sport, la culture, les passions personnelles participent aussi à la formation de l'ingénieur et du développement de sa curiosité. Les entreprises ont besoin de profils ouverts sur le monde, pas seulement de spécialistes enfermés dans leur domaine. »
Former les ingénieurs de demain
Face aux défis contemporains, Jean-Marie Garigue estime que le rôle de l'ingénieur est particulièrement stratégique. Transition climatique, intelligence artificielle, souveraineté technologique ou tensions géopolitiques imposent une approche toujours plus globale des problèmes.
Les compétences scientifiques demeurent fondamentales, mais elles doivent désormais s'accompagner d'autres qualités : apprendre en permanence, exercer son esprit critique, comprendre des écosystèmes complexes et fédérer des équipes.
« Le rôle de l'ingénieur se déplace progressivement de la technique pure vers la capacité à agréger des savoirs, interagir avec différents acteurs et construire une vision. »
Des premiers satellites aux systèmes spatiaux d'Airbus, son parcours illustre une conviction forgée au fil des années : les ingénieurs de demain devront maîtriser les technologies autant que les écosystèmes dans lesquels ils évoluent.
Dans un souci d'alléger le texte et sans aucune discrimination de genre, l'emploi du genre masculin est utilisé à titre épicène.