Technologies clés 2010

TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Technologies et méthodes de production

78. Procédés et systèmes de photonique

Description

La photonique est une science dont les applications sont par par essence diffusantes dans un grand nombre de domaines d'application, au même titre que l'électronique. La photonique est la science qui traite des photons, particules élémentaires composant la lumière. Ainsi, les systèmes photoniques sont des dispositifs qui permettent de générer, conduire, traiter et détecter la lumière. La nature, l'échelle et les longueurs d'ondes des systèmes considérés sont très variées. On peut citer les exemples suivants :

sources de photons :
- lasers et diodes laser pour applications industrielles, grand public, de recherche, etc. ;
- diodes électroluminescentes (DEL) pour la signalisation, l'éclairage, la transmission de données.
matériaux :
- méthodes sol-gel pour la réalisation de nouveaux matériaux ;
- cristaux photoniques ;
- boîtes quantiques, puits quantiques ;
- couches minces ;
transmission et mise en forme :
- guides d'ondes (fibres, guides planaires) pour conduire la lumière ;
- les filtres, modulateurs et tous éléments actifs permettant de mettre en forme un signal optique ;
- les composants optoélectroniques ;
détection, mesure : les instruments de mesure, de détection, de diagnostic à base d'optique ou de photonique (microscopes confocaux, à sonde, capteurs à fibre optique, endoscopes ...) ;
conception : les logiciels de conception et de simulation des systèmes photoniques, comme dans les autres domaines, sont désormais un élément clé du développement du secteur ;
procédés de fabrication : technologies du semi-conducteur et des MEMS (Micro Electro Mechanical Components).

Tendances technologiques

Les évolutions des dispositifs photoniques suivent deux tendances fortes : l'une vers des dispositifs de dimensions de plus en plus petites et avec des constantes de temps de plus en plus faibles (lasers femtoseconde, par exemple), l'autre vers des dispositifs à forte puissance, dont un cas extrême est le laser Megajoule.

Par ailleurs, la conception de ces dispositifs est de plus en plus multidisciplinaire, couplant optique, mécanique, électronique, biologie, chimie, sciences des matériaux, etc. Les procédés de conception des systèmes photoniques tirent parti de ces différentes disciplines. Ainsi, les MOEMS (Micro-opto-electro-mechanical systems) sont directement liés aux technologies des micro et nanocomposants, et tirent parti des technologies du semi-conducteur pour leur fabrication. Les capteurs opto-chimiques et les procédés sol-gel nécessitent des compétences en chimie. Les outils de diagnostics en sciences du vivant font intervenir la biologie.

Degré de développement :
Emergence	Croissance	Maturité

Enjeux, Impact

Le développement de l'industrie française et européenne dans le secteur de la photonique est faible en comparaison du niveau élevé de la recherche dans ce domaine. Si le marché très porteur des écrans plats de grande dimension est inaccessible à l'industrie française en raison d'un retard d'investissements difficile à rattraper et de coûts de main-d'œuvre élevés, la photonique reste un secteur de production à haute valeur ajoutée. Il devra répondre aux besoins de la société de l'information en matière de transport, traitement et stockage de l'information.

La filière française, organisée en pôles régionaux regroupés au sein du Comité national d'optique et photonique (Cnop), met l'accent sur les systèmes à forte valeur ajoutée. L'enjeu pour l'industrie française est de maintenir et d'améliorer sa position sur le marché des composants et systèmes photoniques. La maîtrise de ces technologies est particulièrement stratégique compte tenu de la place qu'elles occupent dans l'économie mondiale.

L'industrie française de la photonique représente quelque 20 000 emplois. Son développement est susceptible de permettre la création de nombreux emplois à forte qualification.

Marché

Le marché mondial de l'industrie photonique était estimé en 2004 à 203 Md$, soit le même ordre de grandeur que l'industrie des semi-conducteurs. La croissance annuelle du marché de la photonique atteint 15 % en moyenne, contre 10 % jusqu'en 2003, faisant de ce secteur l'un des plus dynamiques. La part de l'Europe est estimée à environ 60 Md$.

La plus forte croissance du marché est constatée dans le domaine des écrans plats, toutes technologies et tailles confondues, avec une croissance annuelle de 41 %. Le deuxième segment le plus dynamique est le segment des composants optoélectronique, avec une croissance annuelle de 26 % (le seul marché des diodes électroluminescentes était évalué à 2 Md$, en 2002). Le marché des instruments de lithographie pour les semi-conducteurs est, lui, estimé à 1 Md$.

Degré de diffusion de la technologie :
Naissance	Diffusion	Généralisation

Domaines d'application :
Les domaines d'application de la photonique sont multiples dans la mesure où il s'agit d'une technologie essentiellement transversale, au même titre que l'électronique ou l'informatique. On peut citer : industrie automobile ; construction navale ; construction aéronautique et spatiale ; industries des équipements électriques et électroniques ; fabrication de verre et d'articles en verre ; fabrication de composants électroniques ; postes et télécommunications ; assainissement, voirie et gestion des déchets.

Acteurs

Disciplines scientifiques : matériaux, physique théorique, optique, électronique, photonique, optronique.

Compétences technologiques : semi-conducteurs, optique, analyse, mesure et contrôle, traitements-surface, procédés techniques.

Pôles de compétitivité : Photonique (Provence-Alpes-Côte d'Azur), Elopsys (Limousin et Midi-Pyrénées), Route des lasers (Aquitaine), Minalogic (Rhône-Alpes).

Liens avec (technologies) : automatisation du tri des déchets ; sécurité active des véhicules ; affichage nomade ; contrôle de procédés par analyse d'image ; imagerie et instrumentation associées aux sciences du vivant ; capteurs intelligents et traitement du signal ; micro et nanocomposants ; composants et systèmes d'éclairage à rendement amélioré ; stockage de l'information numérique.

Principaux acteurs français

Centres de compétences : CEA, Leti, Institut d'optique, Onera, Sup'Optique, Cnop, Optics Valley, PopSud.

Industriels : Alcatel, Thales, Cilas, Teem Photonics, ST Microelectronics, Optis, Jobin-Yvon horiba, Sagem, Corning, Essilor.

Exemples d'acteurs dans le monde : Lucent Technologies (États-Unis), Philips Semiconductor (Pays-Bas), Lumileds (États-Unis), Agilent Technologies (États-Unis), Nikon Instruments (Japon), MIT (États-Unis), Coherent (États-Unis), Schott (Allemagne) ...

Pour en savoir plus :
Société européenne d'optique (www.europeanopticalsociety.org).

Commentaires

Dans le domaine de la photonique, quelques grands projets jouent (ou joueront) un rôle moteur pour l'environnement académique et industriel : synchrotron Soleil, ITER, laser Mégajoule.

Il apparaît particulièrement stratégique, compte tenu des atouts de la France en matière de compétences dans ce domaine, de maintenir une activité industrielle forte dans les activités liées à la photonique.