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13.05.2015 - Photonique

Création de MINAO, laboratoire ONERA-CNRS de Micro Nano Optique

En mars 2015, le président de l’ONERA, Bruno Sainjon et Philippe Cavelier, Délégué Régional Ile de France Ouest et Nord du CNRS ont signé un accord de collaboration relatif à la création d’un laboratoire commun de recherche : MINAO (MIcro NAno Optique).

Cet accord est le fruit de dix années de travaux scientifiques communs entre les deux organismes. Il va renforcer les échanges afin de constituer une force de proposition commune sur la thématique des nanotechnologies appliqués à l’optique et à l’optronique, sujets en développement constant.

MINAO : un projet en gestation depuis plus de 10 ans

Dès 2003, l’ONERA s’intéresse à cette problématique et dresse un double constat :

  • Une salle blanche et des moyens technologiques spécifiques sont nécessaires pour pouvoir structurer la matière à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres.
  • Il doit développer ses propres moyens de simulation numérique pour répondre à un besoin applicatif.

C’est dans ce contexte qu’en 2005, l’ONERA entame sa collaboration avec le LPN (laboratoire de photonique et nanostructure) du CNRS qui travaille déjà sur ce sujet et qui dispose d’une salle blanche de classe 1000.

On peut rendre toute matière aussi réfléchissante qu’un métal en la tissant avec une période très proche de la longueur d'onde. Ici, exaltation dipolaire dans des nanorésonateurs transparents en nitrure de silicium.
On peut rendre toute matière aussi réfléchissante qu’un métal en la tissant avec une période très proche de la longueur d'onde. Ici, exaltation dipolaire dans des nanorésonateurs transparents en nitrure de silicium.

Les bénéfices sont réciproques pour les deux organismes. L’ONERA dispose d’une solide expertise en optique ainsi que de connaissances avérées dans la recherche applicative. De son côté, le LPN bénéficie d’une expertise en nanophotonique et d’un réel savoir-faire technologique.

La collaboration débute modestement avec une personne dédiée au projet à l’ONERA et cinq au LPN. Une dizaine d’années plus tard, MINAO rassemble 20 personnes. Côté ONERA, c’est Riad Haidar qui pilote le projet avec l’aide de 10 doctorants et de 3 ingénieurs.

MINAO est une structure intégrée qui repose sur une vraie synergie d’hommes et de moyens entre le CNRS/LPN et l’ONERA. L’activité est soutenue et compte à son actif un grand nombre de publications et une dizaine de brevets, valorisés à travers plusieurs contrats, nationaux et internationaux.

Les nanotechnologies pour l’optique infrarouge : une thématique qui a le vent en poupe

La collaboration entre l’ONERA et le LPN du CNRS est portée par la vague d’intérêt grandissante que la communauté scientifique porte à cette thématique.

Une conjonction de facteurs favorables explique cet engouement :

  • Des publications scientifiques majeures démontrent des phénomènes physiques inattendus lorsque la matière est nanostructurée et marquent le début d’une multiplication des articles parus dans ce domaine,
  • Le formalisme théorique de la discipline est en place et les développements informatiques donnent accès à des logiciels permettant de simuler les propriétés optiques des composants,
  • La discipline est mature sur le plan technologique et peut s’appuyer sur les avancées réalisées par les industriels de la microélectronique.

Photographie au microscope électronique d’une nanoantenne en arséniure de gallium, et réponse électromagnétique à une longueur d'onde de 35.5microns.
Photographie au microscope électronique d’une nanoantenne en arséniure de gallium, et réponse électromagnétique à une longueur d'onde de 35.5microns

L’ONERA lance une recherche intensive afin d’apporter rapidement des solutions techniques aux besoins des industriels qui réclament des systèmes compacts, bas coûts et embarquables.

Des moyens expérimentaux dédiés

L’ONERA se dote de moyens expérimentaux avec la création de deux laboratoires qui couvrent un large spectre de recherches allant du fondamental (ONDA) au très applicatif (VISIO).

Créé en 2007, le laboratoire ONDA axe sa recherche sur des niveaux de TRL bas. Le laboratoire VISIO qui a remporté le prix de l’innovation en 2009, mature à des fins applicatives, les technologies les plus prometteuses issues de la recherche conduite au sein de ONDA,. Cette capacité à aller d’une recherche fondamentale aux débouchés applicatifs est une des grandes richesses du laboratoire MINAO.

MINAO : une collaboration unique en son genre

La complémentarité entre l’ONERA et le LPN permet à MINAO de proposer une offre très spécifique qui repose sur la complémentarité entre les deux organismes. La force de l’ONERA réside dans sa capacité à apporter un regard plus applicatif, alors que le LPN a une sensibilité plus fondamentale. Autant d’atouts qui permettent à MINAO de garder un coup d’avance en termes de capacité à préparer les ruptures technologiques.

L’accord qui vient d’être signé va faciliter la collaboration entre les deux organismes, et simplifier le processus de dépôt de brevets en commun. Il facilite le travail des ingénieurs au quotidien grâce à la mutualisation des compétences et des moyen,. Chaque chercheur peut ainsi très librement passer de l’ONERA au LPN (et réciproquement !) pour travailler et utiliser les installations, en fonction des besoins de leurs projets.

A gauche, résonateurs de Helmholtz acoustiques permettant d’isoler des fréquences acoustiques, et en particulier musicales (Helmholtz, 1885). A droite, résonateurs de Helmholtz optiques capables d'isoler une longueur d'onde unique et de conduire à une concentration record du champ
A gauche, résonateurs de Helmholtz acoustiques permettant d’isoler des fréquences acoustiques, et en particulier musicales (Helmholtz, 1885). A droite, résonateurs de Helmholtz optiques capables d'isoler une longueur d'onde unique et de conduire à une concentration record du champ

De nombreux débouchés applicatifs

MINAO permet à l’ONERA d’aller avec le LPN, à la rencontre de nouveaux clients. Et les débouchés applicatifs sont nombreux !

Les applications envisageables sont à la fois civiles, militaires et duales.

On peut citer à titre d’exemples :

  • Dans les domaines de la spectro-imagerie et de l’infrarouge, le champ des possibles est largement ouvert. L’idée est de créer des matériaux artificiels dont les propriétés optiques dépendent, non seulement de leur composition chimique, mais aussi de la structuration du matériau, pour obtenir de nouvelles propriétés telles qu’une absorption signée spectralement ou plus intense, l’émission thermique, ou le filtrage de la lumière.
  • L’analyse de gaz
  • L’évaluation à distance précise de température
  • Les résonateurs optiques qui permettent d’exalter un signal
  • Les analyses en biologie médicale
  • Les cellules solaires pour en optimiser le rendement
  • La cryptographie pour lutter contre l’industrie de la contrefaçon...

Détail de la mosaïque de filtres de la caméra infrarouge du projet Vitrail
Détail de la mosaïque de filtres de la caméra infrarouge du projet Vitrail