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Lumière structurée : un continent à explorer

Publié le 25 Novembre 2021

Le professeur Miguel Alonso et deux élèves de deuxième année, Édith Hartmann et Thibault Adelain, ont profité de leurs vacances de la Toussaint pour se rendre en Finlande. En lieu et place d’échappées touristiques, ils ont participé à un séminaire-atelier sur la lumière structurée et ses applications. 

Il n’y paraît pas aux yeux du profane éloigné de la chose scientifique, mais la lumière structurée fait l’objet d’un vaste et même extraordinaire effort de recherche depuis l’invention du laser, en 1960. Cet engouement s’est traduit par de nombreuses applications dans le champ de la photonique et, plus généralement, de la physique appliquée. Elles furent parfois aussi étonnantes que les pinces optiques, le guidage optique des atomes, les nouvelles techniques d’imagerie, la lumière transportant le moment angulaire orbital, le traitement des matériaux (sondage, découpe, perçage…). Plus près de nous, la lumière structurée est aussi utilisée dans la numérisation et le maquettage 3D. Certaines polices y recourent pour obtenir des empreintes digitales numériques. Pour elles, fini le traditionnel ruban adhésif pour prélever une empreinte digitale !

La partie émergée d’un iceberg gigantesque

La lumière structurée fait référence à la conception, la génération et l’utilisation de faisceaux lumineux, avec des distributions spatiales et temporelles adaptées, pour développer des applications spécifiques ou révéler des aspects fondamentaux. 

En matière d’applications, beaucoup a déjà été réalisé. Pourtant, nous n’en serions qu’au début ! La lumière structurée offre en effet un terrain de recherche d’une richesse insoupçonnée. De là la nécessité de réunir des chercheurs français et finlandais pour faire le point sur les derniers développements de leurs travaux, dessiner des perspectives d’associations académiques, pédagogiques et industrielles, mais aussi imaginer de nouvelles applications et rêver de découvertes fondamentales. 

Un robuste écosystème franco-finlandais

Rendez-vous fut donc pris à l’université de Tampere, dans le sud-ouest de la Finlande, pour un séminaire-atelier de trois jours, au cœur des vacances de la Toussaint. 

La deuxième agglomération du Pays des mille lacs a accueilli près d’une trentaine de participants in situ – quelques autres ont apporté leur contribution à distance. La recherche finlandaise était représentée par des scientifiques issus des universités de Tampere, Aalto et de l’Université de Finlande orientale. Côté français, les chercheurs et étudiants provenaient de l’Université de Bordeaux (Laboratoire ondes et matière d’Aquitaine), Paris (Saints-Pères Paris Institute for the neurosciences), Bourgogne Franche-Comté (Femto-ST) et Centrale Marseille (Institut Fresnel). 

Optique classique et quantique, cohérence, microscopie, science des matériaux ; approches théoriques et expérimentales… la photonique fut représentée dans toute sa diversité. 

Le monde industriel eut pour ambassadeur l’entreprise française de « mise en forme de la lumière », Cailabs

Les organisateurs ont fait le choix d’un événement restreint pour encourager les interactions entre les différents protagonistes. 

Les « sessions posters » sont propices aux échanges informels et conviviaux. 

Des objectifs scientifiques… 

La réunion de ces experts visait plusieurs objectifs : identifier les opportunités de recherche, renforcer les collaborations franco-finlandaises et en créer de nouvelles entre chercheurs, mais aussi entre chercheurs et industriels. Directeur de la recherche à Centrale Marseille, Miguel Alonso souligne « l’importance d’éduquer la nouvelle génération de chercheurs sur les méthodes et les perspectives d’avenir qu’offre ce thème de recherche florissant. »

Les protagonistes comptent par ailleurs sur la vitalité de la recherche sur la lumière structurée et sa structuration en réseau pour attirer de nouveaux financements internationaux. 

… et pédagogiques

Le séminaire-atelier a fourni une belle, et rare, occasion pour les étudiants en master, les doctorants et les post-doctorants de découvrir ce vaste monde qu’est celui de la lumière structurée, de se familiariser avec ses fondamentaux, d’interagir avec des experts internationaux issus des milieux universitaire et industriel. Qui sait si la découverte des différentes possibilités de formation ne suscitera pas des vocations professionnelles ? En tout état de cause, les étudiants ont pu forger les bases de leur propre réseau franco-finlandais

Quant aux enseignants-chercheurs, ils ont consciencieusement discuté de futurs programmes d’études communs, formulé des projets de double diplôme ou de cours en ligne partagés, évoqué la possibilité d’échanger des étudiants de master ou de doctorants entre universités françaises et finlandaises – la France et la Finlande sont déjà partenaires du programme de master Erasmus Mundus Europhotonics. « Nous sommes convaincus que ces diverses actions généreront un flux constant d’idées, d’étudiants et de ressources entre les deux pays, contribuant ainsi à élever leur niveau global de connaissances et optimiser la qualité de leur recherche », ajoute Miguel Alonso. 

Somme toute, ce séminaire-atelier a dépeint comme un monde idéal. Un monde où la science favorise l’ouverture aux autres, à leurs cultures, à leurs modes de pensée. Un monde où le travail est collaboratif. Un monde où les ambitions visent le progrès de l’humanité. 

Centrale Marseille remercie vivement l’université de Tampere pour son accueil chaleureux et l’ensemble des partenaires qui, à ses côtés, ont apporté leur soutien : l’Académie finlandaise des sciences et des lettres, la Société finlandaise des sciences et des lettres, le programme finlandais de recherche et d’innovation en photonique (PREIN), le ministère de l’Enseignement supérieur, de la recherche et de l’innovation, l’ambassade de France en Finlande, l’Institut français en Finlande, le programme de master Erasmus Mundus Europhotonics

Enseignant-chercheur rattaché à l’Institut Fresnel (UMR 7249), directeur de recherche à Centrale Marseille, Miguel Alonso était aussi co-organisateur de l’événement, aux côtés de deux collègues de l’université de Tampere. Nous leur adressons des remerciements particuliers.

Édith et Thibault posent devant l’entrée de l’université de Tampere.

Thibault Adelain, élève de deuxième année : « Une expérience aussi riche et qu’utile ! »

Cette année, Thibault Adelain consacre son projet thématique de six mois à la photonique. Intitulé Simulateur optique de cryptographie quantique (BB84), il approfondit un travail commencé en première année. Traduction du texte de présentation du séminaire de l’anglais au français, communication... pour ce séminaire, il a investi du temps et de l’énergie et s’en est trouvé récompensé !

Une passion pour l’optique ?

Mon projet thématique est lié à l’optique. Au cours de la première année, mon travail théorique était tout théorique. Cette année, je me lance dans l’expérimentation. 

Assister à cet atelier a été utile à mes propres travaux. Certaines interventions m’ont permis d’avancer et de lever certains obstacles rencontrés lors de mon travail et qui restaient jusqu’alors difficiles à surmonter. J’ai pu planifier des solutions et espère les mettre en œuvre d’ici peu. 

Quels profits avez-vous tirés de cette rencontre internationale ?

Ils furent nombreux et variés. J’ai côtoyé de nouvelles cultures, finlandaise bien sûr, mais aussi chinoise ou encore indienne. Nous nous sommes amusés de nos différences culturelles. Ces moments furent très enrichissants. J’ai aussi découvert la véritable passion qui anime ces chercheurs, toujours prêts à avancer et trouver de nouvelles approches pour résoudre des problèmes. J’ai beaucoup apprécié cette expérience, qui s’est montrée riche académiquement et humainement. 

Édith Hartmann, élève de deuxième année en alternance recherche : « Mon intérêt pour l’optique est le produit de rencontres inspirantes »

Édith Hartmann est animée d’une appétence scientifique qui n’a d’égale que sa curiosité insatiable. Alternante recherche en deuxième année, son intérêt pour l’optique est né de ses rencontres avec des personnes inspirantes. Au sein de l’Institut Fresnel, elle travaille sur un banc expérimental qui mesure la diffusion lumineuse d’échantillons optiques. Autant dire qu’elle fut bien placée pour rejoindre Miguel Alonso au séminaire franco-finlandais de Tampere.

Une lettre de motivation bigrement efficace !

À l’origine, Miguel Alonso envisageait d’offrir une seule et unique place pour l’accompagner à ce séminaire franco-finlandais. Il a proposé à ses étudiants de lui exposer leurs motivations dans un courrier. Finalement, il a réalisé ce voyage avec Thibault Adelain et moi, tous deux en deuxième année. 

Des vacances studieuses ?

Le séminaire s’est tenu pendant les vacances de la Toussaint, à l’université de Tampere, dans le sud-ouest de la Finlande. Nous sommes partis cinq jours ; dont deux consacrés au voyage aller-retour. Nous n’avons pas eu le temps de visiter les alentours. Mais nous n’étions de toute façon pas partis faire du tourisme ! [rires]

Un domaine pas banal du tout…

Le séminaire s’est tenu en comité plutôt restreint dans le cadre d’une collaboration franco-finlandaise. Il a réuni des chercheurs des deux pays qui travaillent sur la lumière structurée. Chacun est venu accompagné d’une poignée de doctorants et de post-doctorants. Les premiers ont d’abord présenté leurs travaux, avant de laisser place aux doctorants et post-doctorants. Ceux-ci ont déployé leurs posters pour partager leur projet de recherche de manière informelle et conviviale. Une entreprise spécialisée dans ce secteur a, de son côté, détaillé ses activités. Pour finir, diverses pistes de collaborations entre les différents acteurs ont été évoquées. 

Un sujet qui vous est familier ?

Mon intérêt pour l’optique est le produit de rencontres inspirantes, à commencer par mon tuteur d’alternance de première année : Michel Lequime, professeur émérite à Centrale Marseille, aujourd’hui à la retraite, mais toujours très investi. J’ai ainsi découvert le vaste monde de l’optique l’année dernière dans le cadre de ma première année d’alternance recherche à l’Institut Fresnel. Je continue à l’explorer et l’étudier depuis. Les applications liées à la lumière sont nombreuses et variées : du biomédical au spatial, le spectre est large.

Au cours du séminaire, il a beaucoup été question de recherche fondamentale : j’avoue que je n’ai pas tout compris [rires]. Les exposés atteignaient parfois un tel niveau de détail et de complexité que certains m’échappaient un peu… Mais le but n’était pas tant d’absorber une quantité de connaissances en un temps record.

Quels profits avez-vous tirés de cette expérience ?

L’intérêt était, d’une part, de découvrir le monde de la recherche internationale et, d’autre part, de confirmer des choix sur mon orientation scolaire et professionnelle. L’optique est la voie que j’envisage d’emprunter, plus dans son versant pratique et expérimental que fondamental. J’évalue aussi l’opportunité de poursuivre mes études en thèse. On a coutume d’associer le doctorat à une carrière académique. Pourtant, la recherche se mène aussi en entreprise. Ce fut l’un des rappels utiles de ce séminaire, instructif à tous points de vue. 

Un rare moment de rencontres entre élèves ingénieurs et jeunes chercheurs…

J’ai pu échanger avec plusieurs doctorants, de manière très simple et directe pendant le séminaire, mais aussi les pauses déjeuner et le soir, sur le chemin qui nous ramenait à notre hôtel. Parler avec un jeune doctorant est toujours plus facile pour les élèves que de s’entretenir avec un enseignant-chercheur expérimenté et, de ce fait, plus ou moins intimidant… Ce séminaire a beaucoup favorisé les contacts entre tous les protagonistes. C’était bien l’un de ses objectifs.