A la découverte de la photonique

Alicia vient d’obtenir son baccalauréat ; elle cherche à se documenter sur une
discipline dont elle un peu entendu parler, la photonique. Pour cela, elle est venue
au lycée Victor Bérard de Morez (Jura), qui est un centre réputé de formation en
optique depuis plus de 60 ans. Là, elle rencontre le professeur Laser qui enseigne
la photonique dans la section BTS Génie Optique, option Photonique.
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La photonique, qu’est-ce que c’est ?
Présentation de la photonique ; comparaison avec
l’optique
Les champs technologiques et les domaines
d’application de la photonique
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Structure d’un système photonique
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Recrutement dans la section
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Panorama et débouchés
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Professeur Laser, présentez-nous la photonique.
Eh bien, tout d’abord, sachez que dans
photonique, il y a photo qui veut dire
lumière, et nique qui veut dire...
Euh, qui ne veut rien dire.
Ça commence mal
ALICIA
Quelle différence avec l’optique ?
Optique vient du grec opto, qui veut dire oeil. Au sens
propre, l’optique est l’ensemble des sciences et des
techniques qui concernent la vision. Plus généralement, on
utilise les techniques de l’optique pour améliorer la vision,
pour former des images ou pour agir sur un faisceau
lumineux. Un microscope, un télescope, un objectif
photographique sont des instruments d’optique. En
revanche, un système de télécommunication ne peut
certainement pas être qualifié d’instrument d’optique, même
s’il utilise des fibres optiques, des sources et des récepteurs
de lumière. On le qualifie de système photonique. De même,
une machine d’usinage au laser est un système photonique.
Pr. LASER
Je comprends. Avez-vous d’autres exemples de systèmes
photoniques ?
Bien sûr : il y a par exemple les systèmes industriels de
mesure sans contact utilisés pour le contrôle non
destructif. On trouve dans cette catégorie des
vibromètres (mesure des vibrations), des vélocimètres
(mesure de vitesse), des pyromètres (mesure de haute
température). La mesure de forme ou de déformation
peut se faire avec une précision extraordinaire avec les
techniques de la photonique.
Il y a d’autres domaines que la mesure industrielle. Par exemple, l’enregistrement des
données se fait actuellement beaucoup sur disque compact à lecture par faisceau laser donc
par un processus photonique. Citons encore les capteurs photovoltaïques qui transforment
l’énergie solaire en électricité ; les capteurs CCD utilisés dans les camescopes et les
appareils photo numériques ; les spectrophotomètres qui permettent de déterminer la nature
des matériaux grâce au rayonnement qu’ils émettent ; les systèmes de visionique qui
permettent d’améliorer la perception de l’environnement...
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La visionique sert à améliorer la vision ; c’est donc une
branche de l’optique alors, plutôt que de la photonique ?
Pas vraiment, car ce ne sont pas les techniques de l’optique qui
sont utilisées. L’optique utilise essentiellement des composants
tels que les lentilles, les prismes, les miroirs, les réseaux, des
polariseurs, des diffuseurs et des pièces mécaniques de
précision pour les assembler et permettre les réglages.
La photonique utilise en plus de cela des
composants optoélectroniques : des émetteurs,
des récepteurs, des dispositifs dont les propriétés
se modifient lorsqu’on leur applique une tension
électrique appelés dispositifs électro-optiques. A
la place de la tension électrique, certains
composants réagissent aux contraintes mécaniques, tels les matériaux photoélastiques et les
dispositifs acousto-optiques ; d’autres composants encore réagissent à un éclairement, tels les
composants photoréfractifs et les cristaux non
linéaires.
Doucement professeur, je ne suis
pas (encore) une spécialiste.
Je voulais juste montrer ce qui différencie l’optique et la photonique, ce qui n’est pas très
simple car la frontière entre ces disciplines est un peu floue. Par exemple, il est clair que la
photonique utilise des instruments d’optique : pour diriger un faisceau laser dans une
application photonique, on utilisera des lentilles, des objectifs, des miroirs...D’ailleurs on peut
considérer que l’optique est une partie de la photonique car tout ce qui concerne la lumière
entre dans le champ de la photonique. Seulement le photonicien, s’il a besoin d’utiliser un
objectif optique particulier, s’adressera à un spécialiste de l’optique. On ne peut pas être
spécialiste en tous les domaines.
Si j’ai bien compris, quand on a un problème clairement identifié
concernant l’optique, comme modifier les propriétés d’une image
ou transformer un faisceau lumineux, on s’adresse naturellement à
un spécialiste de l’optique. Quand par contre on est face à un
problème qui ne concerne pas directement l’optique, comme
transmettre des informations, mesurer une grandeur, ou travailler un
matériau, alors on peut s’adresser à un spécialiste de la photonique
qui saura proposer des solutions utilisant la lumière.
C’est une façon de voir les choses qui me semble très bonne. On
commence à trouver effectivement de plus en plus de
photoniciens dans des entreprises qui ne sont a priori pas
concernées par l’optique : constructeurs et équipementiers ...
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... automobiles, industrie aéronautique et spatiale, entreprises de
télécommunications, fabricants de matériel médical, industries de
l’électronique et de l’informatique...
Il n’y a pas de limites à l’emploi des photoniciens.
On assiste en ce moment à une prise de conscience, de la
part d’industries très variées, de ce que les techniques
photoniques peuvent apporter lors des processus de
fabrication ou de contrôle.
La photonique a de l’avenir et ça commence à se savoir.
Je me demande s’il n’exagère pas un peu. Quoique,
après tout, il a peut-être raison. La photonique, c’est
comme l’électronique, on va finir par en rencontrer
partout. Il faudra bien que les entreprises comptent
des techniciens compétents.
Je n’ai pas encore une vision très claire des
domaines d’application de la photonique.
Tout de même, elle comprend vite, mais il faut
lui expliquer longtemps.
Pour essayer d’être bien compris, je vais répondre en deux temps :
je vais d’abord énumérer les champs technologiques couverts par
la photonique, puis les domaines d’applications.
On compte huit champs technologiques :
- L’imagerie où on distingue l’observation (microscopes, lunettes à
intensification de lumière...) et l’enregistrement d’images (caméras CCD,
holographie...).
- L’éclairage (lampes à fibres optiques, diodes électroluminescentes...).
- La mesure (spectrométrie, pyrométrie...).
- Les télécommunications (fibres optiques, diodes laser...).
- Le stockage de l’information (lecteurs de codes à barres, mémoires
holographiques...).
- Le traitement de l’information (filtrage spatial, corrélateurs...).
- Le travail des matériaux (usinage laser, chirurgie laser...).
- L’énergie solaire (capteurs thermiques, capteurs photovoltaïques...).
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En ce qui concerne les domaines d’applications, on peut citer :
- Les applications médicales (imagerie, chirurgie laser...).
- Les applications militaires (lunettes de vision nocturnes, écrans « tête haute »
pour les pilotes d’avions...).
- Les télécommunications (fibres optiques, multiplexage en longueur d’onde...).
- Les loisirs (caméscope, photographie...).
- L’énergie (photopiles, chauffe-eaux solaires...).
- L’industrie (travail des matériaux, mesure et contrôle...).
Quel bavard !
Vous parlez comme un livre, professeur.
Mais, dites-moi, avec toutes ces applications, la photonique doit être d’une
extrême complexité ?
Ça ne finira jamais ?
Je n’ai pas que ça à faire, moi.
J’irais bien boire un coup.
Il y a en effet un grand nombre de phénomènes qui peuvent
intervenir, ou qui peuvent être utilisés dans les systèmes
photoniques : propagation, réflexion, réfraction, dispersion,
diffraction, interférences, diffusion, polarisation, émission,
absorption, fluorescence, incandescence... Mais en fin de compte, un
système photonique est toujours constitué d’une source de lumière
(lampe, laser...), d’un appareil de conditionnement de la lumière
(miroir, polariseur, objectif...), et d’un récepteur (capteur CCD,
photodiode...). Ce n’est donc pas si compliqué que cela. Le
photonicien doit savoir, pour résoudre un problème, déterminer le
mode d’action sur la lumière, choisir la bonne source et le bon
récepteur.
Et c’est pour
cela que deux
années sont nécessaires pour
se présenter au
BTS.
Tout juste !
Quelles sont les disciplines principales de la formation ?
Elle ne veut pas me lâcher.
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Toutes les disciplines sont importantes. Mais les matières spécifiques à cette
formation sont l’optique, l’électronique et la construction mécanique. La
réalisation d’un projet photonique nécessite toujours la maîtrise de ces trois
disciplines
Et pour pouvoir suivre cette formation,
quelles études faut-il avoir suivi ?
De nombreuses formations conviennent très
bien. C’est le cas particulièrement des séries
S, option TI ou SVT math ou physique, STL
physique-chimie, STI2D, ou certains bacs
pros techniques De toutes manières, toutes
les candidatures sont examinées.
Pour des étudiants qui souhaitent des études
courtes, débouchant sur un diplôme permettant de
trouver effectivement un emploi, le choix de la
photonique est à envisager. D’autant plus que,
après le BTS, il est toujours possible de poursuivre
des études en école d’ingénieurs par exemple.
Pour finir, comment décririez-vous l’état de la photonique en France ?
Eh bien, comme je l’ai déjà dit, toute l’industrie se met à utiliser de plus en plus la
photonique, et donc a besoin de techniciens d’études, de fabrication, de maintenance ou
de conduite de matériel photonique. De technico-commerciaux compétents dans le
domaine aussi. Donc dans toute la France des entreprises sont susceptibles d’employer le
titulaire d’un BTS Photonique.
Cependant, jusqu’à ces dernières années, quelques régions avaient en quelque sorte leur
spécialité. Ainsi, la Bretagne (Rennes, Lannion, Brest) était spécialisée dans les
télécommunications. L’Est (Strasbourg, Mulhouse, Besançon) dans le travail des
matériaux. Grenoble dans l’optoélectronique et l’optique intégrée. Toulouse dans les
applications aéronautiques et spatiales. Dans la région parisienne et dans la région
Rhône-Alpes, tous les domaines de la photonique ont toujours été très actifs, surtout les
applications militaires.
Pour ce qui concerne l’Europe, on peut noter que la photonique est encore plus
développée en Allemagne et au Royaume Uni qu’en France.
Je n’avais demandé
qu’en France, moi.
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Dans le monde, ce sont les États-Unis d’Amérique qui dominent, devant l’Europe, le Japon, la
Corée et la Chine.
Je vous remercie beaucoup pour toutes ces explications.
Je me demande si je l’aurai
comme prof l’année
prochaine ?
Mais je vous en prie.
Je me demande si je l’aurai
comme élève l’année
prochaine ?
Au revoir, professeur Laser.
Au revoir, mademoiselle.
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