Département Optique et Techniques Associées

Résumé du projet : Le projet DFC (Distortion Free Camera) vise à concevoir une nouveau type de systèmes d’optique stabilisée en temps réel, permettant de corriger des effets de distorsion atmosphérique, avec un design optiques/capteur(s) simplifié. Architecturés autour de détecteurs à réponses duales Linéaires/Logarithmiques conjointement à l’exploitation de lectures non destructives rapides, de tels systèmes proposeront des solutions d’optiques stabilisées à un seul détecteur/chemin optique. En effet, l’analyse de la perturbation et l’image finale corrigée seront effectuées sur le même capteur d’image. Le projet sera mené conjointement par le Laboratoire de Physique de l'Ecole Normale Supérieure de Paris (LPENS), le Laboratoire Temps Espace de l’Observatoire de Paris (LTE) en collaboration avec l’Observatoire Midi Pyrénées (OMP)i, et le département d’Optique et Technique Associée de l’ONERA (DOTA) en collaboration étroite avec le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM). L’ENS développe de l’instrumentation d’imagerie de hautes performances à destination scientifique, l’Observatoire de Paris leader en planétologie propose une plateforme instrumentale unique pour les essais et mise au point d’un tel système (le T1m du Pic du Midi en collaboration avec l’Observatoire Midi Pyrénées), tandis que l’ONERA apporte l’expertise et son savoir faire unique en optique stabilisée et adaptative pour les applications sécurité et défense ainsi que ces moyens expérimentaux en laboratoire (banc PICOLO) et sur Ciel (Station sol FEELINGS et banc de démonstration ciel PAPYRUS) Ce projet est également rendu possible grâce aux résultats préliminaires obtenus autour du prototype de la caméra SIRIS, entièrement développée par le LPENS et testée conjointement par le LPENS, le LTE et l’OMP avec le télescope de 1m du Pic du Midi. Cette caméra a été conçue autour d’un détecteur Infra-rouges SWIR (Short Wave Infra-Red), hybride CMOS-InGaAs, de la société française NIT (New Imaging Technologies). Les essais et mises au point instrumentales prévus sur le télescope de 1m du Pic du Midi, permettront également de mener des campagnes d'observations scientifiques. En effet la très grande dynamique ainsi que la stabilisation des images du système DFC va permettre d’observer les satellites naturels internes des planètes géantes. On pourra alors quantifier les effets de marées et contraindre les modèles internes des planètes (présence d’un noyau rocheux,....) et des satellites (masse, présence d’océan liquides…). Cela ouvrira la voie, par ailleurs, aux problématiques de détection et d'étude des exoplanètes (lorsque DFC pourra être exploitée sur des télescopes de plus grand diamètre comme le télescope COPERNICO de 1,82m ou sera installé le banc PAPYRUS). En parallèle, des essais en laboratoire dans des conditions représentatives de finalités défenses (focalisation de faisceaux laser à travers la turbulence pour maximiser le dépôt d’énergie, imagerie endo-atmosphérique à haute résolution) seront menés à l’ONERA. L'objectif du projet est de faire passer le niveau de préparation technologique (TRL) de cet appareil du concept intermédiaire actuel (2) au niveau (4-5).

Avec l'expansion rapide des activités humaines dans l'espace, qu'il s'agisse des missions habitées, des satellites de communication, des constellations pour l'observation de la Terre ou des initiatives du New Space, la gestion du domaine spatial devient de plus en plus complexe. Cette complexité accrue nécessite une surveillance accrue de l'espace pour garantir la sécurité des infrastructures en orbite. L'optique, et plus particulièrement l'optique adaptative (OA), offre un potentiel considérable pour surveiller avec une haute résolution les objets spatiaux. L'optique adaptative est une technologie clé pour corriger les effets de la turbulence atmosphérique, permettant ainsi d'obtenir des images détaillées depuis des télescopes terrestres. Aujourd'hui, l'OA est intégrée dans tous les grands télescopes au sol. Avec la construction de l'Extremely Large Telescope (ELT), l'OA est devenue indispensable. Équipé d'une OA ultra-performante, l'ELT ouvre des perspectives fascinantes, telles que la détection de planètes similaires à la Terre et l'analyse potentielle de leurs atmosphères. L'OA joue également un rôle stratégique dans la surveillance de l'espace, notamment pour l'observation des satellites et la sécurisation des communications optiques entre le sol et les satellites. En améliorant la résolution angulaire, l'OA permet de distinguer des détails tels que les panneaux solaires, les antennes ou les variations de forme des satellites. Elle facilite également la détection de changements, comme les dégradations mécaniques ou les dysfonctionnements, et améliore la précision astrométrique pour déterminer les orbites. Ces capacités sont essentielles pour surveiller les comportements anormaux et identifier les satellites potentiellement hostiles. La plateforme PROVIDENCE, développée par l'ONERA, vise à répondre à ces enjeux en offrant des capacités d'observation, de classification, d'identification, de caractérisation et de surveillance à haute résolution angulaire de l'orbite terrestre basse. En combinant les avancées en optique adaptative et en apprentissage automatique, le projet AI4AO vise à repousser les limites actuelles de l'imagerie à haute résolution angulaire, avec des applications directes pour l'astronomie, les communications optiques et la surveillance de l'espace. AI4AO ambitionne de transformer les systèmes d'OA en les rendant plus performants, robustes et autonomes. Développé sur 36 mois, AI4AO se positionne comme un projet structurant pour les futures générations d’instruments à haute résolution angulaire. Les avancées réalisées bénéficieront directement à des projets comme l'ELT et PROVIDENCE, offrant des perspectives d’innovation majeures au service de l’astronomie, des télécommunications optiques et de l’observation de l’espace. Le projet prépare également le terrain pour une future maturation technologique, en vue d'un déploiement opérationnel à plus grande échelle. Le consortium est composé du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, de l'ONERA et de l'Université de Durham, réunissant des expertises complémentaires en photonique, IA et intégration de solutions en temps réel embarquées.

Les métasurfaces optiques, fines couches judicieusement nanostructurées, ont la capacité de manipuler la lumière à l’échelle locale, avec des fonctions indépendantes sur plusieurs bandes spectrales. Ainsi, l’émission thermique infrarouge d’une surface peut être modifiée et pilotée à l’aide de nanocavités optiques. Si elles sont aussi largement utilisées pour contrôler la phase, la polarisation ou la diffraction, très peu de travaux ont porté jusqu’à présent sur le contrôle de la diffusion de la lumière, d’autant plus que les structurations restent souvent périodiques. Or, dans un contexte défense, une surface va avoir une réponse optique qui va permettre de la détecter, l’identifier et éventuellement agir à son encontre. Cette détection optique est très dépendante des scénarios considérés, mais repose fondamentalement sur le rayonnement directement émis par l’objet ou sur le rayonnement renvoyé et peut porter sur plusieurs bandes spectrales. Dans un contexte civil, obtenir des comportements d’émission et diffusion à façon dans le visible et l’infrarouge peut servir la lutte anti-contrefaçon, mais a aussi des intérêts pour le photovoltaïque ou les vitrages de bâtiments ou de véhicules qui doivent combiner plusieurs fonctionnalités visuelles et thermiques. Le projet RENARD vise au développement de métasurfaces utilisant des ensembles désordonnés d’antennes permettant le contrôle à la fois de l’émissivité infrarouge et du comportement en diffusion, angulairement et spectralement. Ces dispositifs combinent les propriétés des structures résonantes à l’état de l’art, et des connaissances récemment développées dans le domaine de la diffusion. La réponse optique d’une surface texturée va dépendre de 2 échelles. La première échelle, microscopique, est décrite usuellement via les équations de Maxwell avec des éléments résonants permettant de contrôler le niveau d’absorption ou de transmission. La seconde échelle est à un niveau plus macroscopique et correspond à l’organisation des nanostructurations, qui peut aussi être décrite comme un facteur de structure et va rigoureusement déterminer les directions autorisées de renvoi de la lumière. Le projet vise à associer ces deux éléments pour démontrer des réponses qui seraient compatibles d’applications type furtivité. Le projet RENARD part de développements théoriques sur les structures désordonnées et de développements de modèles pour permettre la conception, l’optimisation et la fabrication de trois familles de composants. La première famille de composants sont des revêtements présentant un diagramme de rayonnement de diffusion anormal (contrôle angulaire de l’énergie). La deuxième famille de composants sont des revêtements combinant un contrôle angulaire de l’énergie et un comportement résonant, notamment pour des bandes spectrales d’émissions et de diffusions (contrôle spectral de l’énergie). La troisième famille de composants sont des revêtements présentant les propriétés des deux familles précédentes, mais sur des surfaces non planes. Le projet vise à arriver à une caractérisation expérimentale de ces différents dispositifs fabriqués par lithographie laser, et à développer une maquette de laboratoire grande surface sur substrat souple permettant d’illustrer la capacité de camouflage vis à vis de caméras infrarouge. Dans ce projet, nous visons plusieurs objectifs : 1. Développer un modèle et implémenter un code de simulation d’ensembles désordonnés de structures résonantes. 2. Démontrer le contrôle spectral simultané de la diffusion et de l’émission thermique par une métasurface. 3. Démontrer le contrôle angulaire non-lambertien de la diffusion par une métasurface désordonnée. 4. Concevoir des métasurfaces combinant un contrôle spectral et un contrôle angulaire (identiques ou différents) sur plusieurs bandes spectrales de manière indépendante. 5. Étendre ces résultats aux surfaces non planes.

L’imagerie de la rétine au niveau cellulaire est cruciale au diagnostic précoce des maladies rétiniennes et neurovasculaires. Cependant, les systèmes d'optique adaptative (OA) actuels, qui corrigent les aberrations oculaires, sont rarement utilisés en clinique, en raison de leur manque de robustesse, leur encombrement et de leurs coûts élevés. Le projet GOHRRIA vise à surmonter ces limites en développant un nouvel imageur haute résolution basé sur une OA par ondes guidées (GWAO) pour s'affranchir des composants optiques encombrants et mobiles. Il exploite les composants à fibre optique, déjà utilisés dans les modules d’imagerie des systèmes de pointe comme l'AO-OCT (tomographie par cohérence optique), pour développer une OA fibrée. Son design compact, compatible à une miniaturisation sur circuits photoniques intégrés (PICs), rapproche l’imagerie rétinienne haute résolution du milieu clinique. GOHRRIA introduit une technique interférométrique multiplexée basée sur des fibres optiques —appelée recombinaison cohérente— pour corriger les aberrations oculaires. En utilisant des modulateurs électro-optiques à haute cadence (GHz), cette approche permet aussi de corriger les aberrations de champ dues à la courbure de l’œil. Contrairement aux OA classiques, pour lesquels la région corrigée est limitée au patch isoplanétique, le design novateur de GOHRRIA offre une imagerie à haute résolution (échelle cellulaire) sur l’ensemble du champ rétinien, quelle que soit l’excentricité. Le projet GOHRRIA couvrira la conception de l'imageur rétinien assisté par GWAO et validera sa preuve de concept sur un panel de 10 à 20 sujets. En appliquant cette méthode pour la première fois à l’imagerie rétinienne, GOHRRIA pourrait apporter des perspectives inédites sur la correction des aberrations oculaires et ouvrir la voie à la miniaturisation des systèmes d'imagerie sur PIC.

L’objectif du projet est de développer des briques technologiques pour la détection et l’imagerie infrarouge basées sur l’alliage GeSn, un semi-conducteur du groupe IV compatible avec les procédés industriels à faible coût du silicium. Cette approche vise à étendre la plage spectrale de détection vers des longueurs d’onde plus élevées avec du GeSn, permettant ainsi la réalisation de dispositifs fonctionnant dans l’infrarouge moyen (MidIR) entre 2 et 5 µm. En effet, aucune plateforme de matériaux compatible avec la technologie CMOS ne permet aujourd'hui une telle étendue spectrale. Le projet GERALD développe et optimise plusieurs classes de détecteurs, avec un accent particulier sur les diodes à hétérostructure à puits quantiques (QW) et les phototransistors. Différentes architectures seront explorées et optimisées à l’aide d’algorithmes évolutionnaires basés sur l’IA. Une première étape consistera en la démonstration d’un dispositif unitaire, avant de passer à la réalisation de réseaux de photodétecteurs intégrant des circuits de lecture externes (ROIC). L’approche phototransistor représente une avancée majeure vers l’informatique embarquée dans les capteurs (in-sensing computing), où la détection optique est couplée au stockage de charge électrique et à une lecture par transistor. Cette technologie ouvre des perspectives pour des réseaux neuromorphiques dédiés au calcul en périphérie (edge computing), avec des applications potentielles en intelligence artificielle pour l’analyse spectrale et la reconnaissance d’images directement sur puce. L’intégration du GeSn dans les procédés standards de la microélectronique constituerait une avancée décisive pour la photonique sur silicium. Elle permettrait de démocratiser la détection et l’imagerie infrarouge à faible coût, rendant ces technologies accessibles à une production de masse. Cette approche pourrait transformer des secteurs clés tels que les laboratoires sur puce (lab-on-a-chip), les biocapteurs, les systèmes d’imagerie pour l’aide à la conduite (vision à travers le brouillard), la détection de gaz et de liquides, le suivi de la pollution et la sécurité. Le consortium réunit des experts européens de premier plan dans la croissance de semi-conducteurs innovants à base de (Si)GeSn sur silicium, ainsi que dans la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs photoniques. Les partenaires ont déjà collaboré dans le cadre de publications scientifiques et de projets financés au niveau national et européen, assurant ainsi une solide synergie pour mener à bien cette initiative.

Le projet FOAMWAKE est porté par un consortium composé d'un partenaire académique (Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique UMR 5509), de deux partenaires institutionnels (IFREMER et ONERA) et d'une grande entreprise (Sirehna, filiale de Naval Group). L'objectif de ce projet est de caractériser les sillages de bulles générés à l'arrière d'un cylindre perçant la surface libre. Plus précisément, les travaux de ce projet concourent à la caractérisation des phénomènes physiques d'origine fluide qui pilotent la génération, la propagation et la persistance de ce sillage diphasique ; ces phénomènes étant aujourd'hui peu abordés, mal compris et encore moins modélisés. Un second axe de travail vise à caractériser la perception de ce sillage par des capteurs optiques. En effet, les bulles générées par le sillage ont des propriétés optiques très différentes du fond de mer, qui peuvent conduire à la détection et à la reconnaissance de l’engin semi-immergé ayant généré le sillage. La finalité militaire de ce projet est la connaissance et la maîtrise de l'indiscrétion optique générée par le sillage d'écume derrière un corps perçant la surface libre (par exemple un mât de sous-marin évoluant à l'immersion périscopique) et de façon réciproque, l'amélioration des capacités de détection de ces phénomènes par des capteurs optiques. Les applications civiles comprennent entre autres la sécurité maritime ou le phénomène d’entraînement d’air en aval des ouvrages hydrauliques, dont la modélisation est nécessaire mais souvent très empirique. L'objectif du projet est de comprendre les phénomènes physiques qui agissent sur les conditions d'apparition des bulles, leurs distributions de tailles, leur propagation dans le sillage du corps ainsi que leur persistance, sous forme d'écume. Pour atteindre cet objectif, les tâches suivantes seront réalisées : 1) La réalisation d'essais en aval d’un cylindre fixe perçant un écoulement entraîné jusqu’à 5 m/s. Ce moyen expérimental existant au LMFA est de taille réduite (longueur 2,3 m), mais disponible extensivement. Le moyen d'essai permettra d'appréhender la génération des bulles et leur propagation dans le sillage proche du corps à l’aide en particulier de mesures par sonde optique à détection de phase donnant accès aux distributions de tailles et de vitesse de bulles. L'aspect persistance du sillage ne pourra pas être étudié via ce moyen d'essai. 2) La réalisation d'essais en eau de mer dans un bassin de traction de plus grande échelle (IFREMER). Ces essais seront complémentaires des précédents. Outre la fourniture d'informations à une échelle plus proche de l'application, ils permettront d'étudier la persistance du sillage d'écume en aval du mât. Ce moyen d'essai permettra également d'accéder à la déformée de surface libre représentative de celle générée par un mât en milieu infini. Ces essais permettront de valider les modèles numériques utilisés ou développés dans la tâche 3, ou des modèles développés ultérieurement. Cette tâche intégrera également des acquisitions par des capteurs optiques par l'ONERA. 3) La réalisation de simulations numériques par Naval Group reproduisant les essais réalisés dans les deux tâches précédentes, avec deux modélisations de la turbulence (RANS et LES). Ces simulations n'auront pas vocation à suivre les bulles mais à caractériser la topologie globale de l'écoulement et les structures turbulentes et ainsi faire le lien entre la propagation des bulles observées dans les expériences et la turbulence. Ces simulations seront complétées par des simulations numériques directes avec Basilisk (LMFA), pour focaliser à plus petite échelle sur les mécanismes d’entraînement d’air. Les essais et simulations auront pour but d’élaborer un modèle d’entraînement d’air pour cette configuration, afin en particulier de clarifier comment sont générées les inclusions les plus petites, responsables de la persistance du sillage.

Le dépérissement des forêts européennes dû au changement climatique est déjà observé dans de nombreux massifs. Le hêtre est particulièrement sensible à la chaleur et à la sécheresse et la résilience de cette espèce majeure dans les prochaines décennies conditionne le sort de nombreux écosystèmes forestiers du continent. Les traits phénologiques, tels que la date de débourrement des bourgeons et la sénescence des feuilles, et les traits associés à la résistance au stress hydrique sont considérés comme des éléments clés de l'adaptation des arbres au réchauffement. FAGRESCUE est un projet transdisciplinaire visant à quantifier et caractériser la diversité phénologique et génétique sous-jacente dans les vieilles hêtraies afin de constituer des pools génétiques qui pourraient être exploités pour de futurs programmes d’enrichissement des hêtraies. Pour atteindre cet objectif, nous allons 1) développer une méthode basée sur l'utilisation de drones et des programmes d'apprentissage automatique pour les analyses d'images afin de produire un phénotypage rapide et fiable des hêtraies ; 2) phénotyper deux vieilles forêts pour les traits phénologiques et traits de résistance au stress hydrique et identifier les facteurs génétiques impliqués dans ces traits par GWAS et 3) Utiliser des modèles de fonctionnement du hêtre et de génétique des populations pour prédire le devenir des phénotypes et des génotypes ainsi identifiés pour les 50 à 100 prochaines années selon deux scénarios d’évolution du climat. FAGRESCUE rassemble sept équipes expertes en technologie d'imagerie, en apprentissage automatique, en génomique et en modélisation écologique. Cinq sont des laboratoires publics du CNRS, de l'INRAe, de l'ONERA, de l'Université de Perpignan, de l'ENSAT et de l'INP Purpan. Le partenaire privé BIONOMEEX est une société spécialisée dans la programmation basée sur le Machine-Learning. Bionomeex sera en charge du développement d'un nouveau logiciel de phénotypage aérien.

camIR vise à la conception et la fabrication d'une nouvelle génération de d'imageur dans le proche dans lequel un film de nanocristaux est utilisé comme couche absorbante. En comparaison des capteurs existant basés sur des semi-conducteurs obtenus par croissance épitaxiale, cette stratégie simplifie l’accordabilité spectrale, simplifie de couplage entre la couche active et le circuit de lecture, ce qui permet une réduction de la taille des pixels. De plus, par rapport aux matériaux actuels, dans la plage spectrale, les nanocristaux colloïdaux réduisent la consommation d'énergie nécessaire à la croissance du matériau. Ce projet offre la possibilité de diminuer le coût du capteur d'un facteur >10. Les principaux objectifs du projet sont (i) une stabilité accrue du matériau, (ii) un meilleur couplage lumière-matière, (iii) un rapport signal/bruit élevé (D*> 1011 Jones pour une longueur d’onde de coupure à 2 µm), un grand format de matrice (mégapixels) similaire à l'état de l'art pour la technologie InGaAs. Au-delà du capteur, le projet vise également un démonstrateur complet de caméra.

Le projet EDDRIS a pour but de développer des stratégies innovantes de conception de systèmes d’imagerie. Ces derniers sont aujourd’hui composés pour la plupart d’un système optique et d’un traitement numérique. Pour que le système d’imagerie soit optimal (tout en respectant des contraintes de poids et consommation), ces deux éléments doivent donc être optimisés dans le même temps. Cependant, pour que ces deux parties du système d’imagerie puissent être optimisées conjointement, il est nécessaire de développer et d’utiliser un logiciel dédié, tel qu’un traceur de rayons différentiable. De cette manière, les caractéristiques d’imagerie (tache image) prises en compte dans le traitement numérique sont liées aux dérivées des paramètres optiques (rayon de courbure, épaisseur…), ce qui permet de s’intéresser à différents traitements, allant de la déconvolution linéaire à l’apprentissage automatique. Nous proposons donc d’utiliser le traceur de rayons différentiable FORMIDABLE, sous licence ESCL, et d’y développer un environnement spécifiquement dédié à la conception conjointe optique/traitement. Au cours du projet, nous nous intéresserons à des systèmes d’imagerie de complexité croissante (utilisation de masques de phase dans la pupille du dispositif optique pour modifier le front d’onde, puis modification d’un plus grand nombre de surfaces, éventuellement freeform). Nous proposerons des stratégies de conception spécifiques aux différents types de traitement envisagés, en accord avec les contraintes de taille, poids et consommation du système d’imagerie. Un démonstrateur dédié à la conduite automobile nous permettra de valider expérimentalement l’une des stratégies mise en place.

La fabrication additive (FA) permet de construire des structures par ajout progressif de matière et d’obtenir des géométries complexes qui ne peuvent pas être réalisées avec les techniques d'usinage classiques. Les procédés FA représentent une opportunité unique d'optimiser et d'alléger les structures et donc de réduire la consommation d'énergie. Un des procédés largement utilisé dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’énergie, de l’automobile ou du médical est le procédé de fusion du lit de poudre par faisceau laser (LPBF). En raison des phénomènes physiques complexes impliqués dans l'interaction laser-matière, les instabilités de la morphologie du bain de fusion peuvent générer des défauts (porosité, éjectas, défauts géométriques, défauts de surface, contraintes résiduelles, fissures, délaminations, inhomogénéités microstructurales). IMMAFUSE ambitionne de développer une instrumentation innovante de contrôle in-situ du procédé LPBF couplant une visualisation en temps réel avec une analyse des éjectas formé. Un système holographique sera couplé à une machine LPBF instrumentale et à une caméra rapide permettant d'enregistrer des hologrammes aux échelles temporelle et spatiale du procédé LPBF. L’objectif scientifique est de pouvoir rendre compte de l’efficacité de ce dispositif innovant d’holographie numérique pour étudier les phénomènes hydrodynamiques pour différentes classes de matériaux métalliques. Des structures de géométries connues et d’intérêt industriel seront testées avec diagnostic in-operando et analyse préliminaire du lit de poudre. A l’issue d’IMMAFUSE, nous souhaitons proposer l’implantation sur une machine industrielle LPBF d’une imagerie multimodale pour le contrôle de répétabilité et de stabilité du processus. A terme, cet outil d’avant-garde pourrait favoriser la démocratisation de la fabrication additive laser dans l'industrie en fiabilisant le procédé.

La photonique a besoin d'une technique de fabrication pour imprimer « à la demande » des composants optiques permettent la mise en forme de faisceau arbitraire. Idéalement, de telles optiques seraient plates, minces, présentant une faible perte et un seuil de dommage élevé. En principe, le profil de phase de presque tous les composants optiques, y compris les lentilles, les réseaux, les prismes, les lames de phase peuvent être conçu sur la base de « phase géométrique 3D» (phase Pancharatnam-Berry). Théoriquement, n'importe quel profil de phase peut être obtenu avec un rendement théorique de 100 %. De plus, la possibilité d'imprimer une réponse de phase anisotrope (biréfringence) variant spatialement permettra de créer des faisceaux structurés en polarisation (transversaux et longitudinaux) comme des faisceaux vectoriels cylindriques ou plus généralement des faisceaux de Poincaré. Le projet OPTOPHAB propose d'exploiter la technique d'écriture directe par laser femtoseconde pour inscrire des composants photoniques arbitraires dans des verres (Vis et moyen IR). Dans un régime d'irradiation multi-impulsionnels, des nanoréseaux auto-organisés peuvent se former à l'intérieur de la plupart des verres. Ces structures sont sub-longueur d'onde (période ~200-300 nm). Il est important de noter que leur biréfringence peut être contrôlée en amplitude et en direction à l'aide des paramètres laser. Cette technique ouvre de larges perspectives pour fabriquer n'importe quel composant optique. Cependant, et malgré les premières réalisations passionnantes, leur exploitation plus large est toujours entravée par des performances limitées (vitesse d'écriture>10h/cm2, transmission 70%, densité de phase 0,1 rad/micron) résultant principalement du manque de contrôle des processus d'interaction laser-matière. OPTOPHAB surmontera ces limitations pour libérer à la fois le potentiel industriel, monter en TRL au moyen de nombreux développements scientifiques nécessitant une mise en forme complexe des faisceaux.

L’objectif de ce projet de maturation est de valider les technologies de fabrication d'optiques infrarouges (IR) à gradient d'indice de réfraction (GRIN) dans deux imageurs thermiques fonctionnant dans la fenêtre atmosphérique de 8-12 µm. Un imageur sera de petit champ/longue focale pour application militaire et l'autre sera de grand champ/petite focale pour application civile (automobile par exemple). La faisabilité de ces technologies a été démontrée lors du projet ASTRID "IRGRIN" terminé en Juin 2023 et de la thèse AID/DGA-Umicore, soutenue en décembre 2022. Ce projet entre clairement dans l’axe thématique photonique. La combinaison de l’effet GRIN avec la puissance géométrique des surfaces courbées offre de nouvelles possibilités très intéressantes pour la conception optique. Il est ainsi par exemple possible de concevoir un système optique avec une grande puissance de focalisation, un grand champ de vision et des aberrations bien corrigées tout en ayant une épaisseur faible, une courbure faible et un nombre réduit de lentilles par rapport à des systèmes optiques classiques. Ainsi, l'utilisation des lentilles GRIN réduirait significativement l'encombrement, le poids et le coût des systèmes optiques, ce qui est de plus en plus exigé pour des applications aussi bien militaires que civiles. Lors du projet initial (Projet ASTRID + Thèse DGA/AID), nous avons démontré la faisabilité d'optiques IR GRIN moulables avec un diamètre pouvant déjà atteindre 13 mm grâce à la mise au point d'un procédé d'échange ionique innovant et très rapide dans des verres de chalcogénure optimisés. Le profile d'indice de réfraction parfaitement reproductible présente une forme poly-nominale d'ordre 2. En plus, ces optiques présentent une constringence négative, ce qui est rare et permettra d’augmenter l’ouverture de l’optique sans dégrader ses performances. Avec ces optiques GRIN utilisables dans l'infrarouge thermique entre 3-5 ou 8-12 µm, des applications militaires et civiles ont été identifiées. Dans ce projet de maturation, nous envisageons d'atteindre un TRL≥5 pour des optiques IR GRIN avec une constringence négative en réalisant les objectifs suivants : - Fabriquer des optiques IR GRIN radial avec un procédé industrialisable. - Fabriquer des optiques IR GRIN sphériques par moulage de verres GRIN axial. - Développer un traitement antireflet pour des optiques IR GRIN. - Concevoir, réaliser et qualifier deux imageurs thermiques démonstrateurs, le premier avec grand champ/petite focale utilisant des GRIN radial pour des applications civiles, le second avec petit champ/longue focale utilisant des GRIN sphériques pour des applications de défense. Ces démonstrateurs fonctionneront dans la bande spectrale de 8-12 µm. - Effectuer une étude de marché et élaborer une stratégie de valorisation. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le consortium est constitué de trois partenaires : un laboratoire académique avec trente ans d'expérience dans les verres infrarouges, un laboratoire industriel public qui développe depuis longtemps une expertise en instrumentation optique pour anticiper les évolutions de futurs systèmes optroniques et un grand groupe industriel multinational leader mondial en matériaux et en optiques infrarouges. Ces partenaires ont une longue histoire de collaborations fructueuses. Les verrous pour cette maturation technologique ont été clairement identifiés. Les solutions pour lever ces verrous, validées par des résultats extrêmement convaincants obtenus lors du projet initial, sont détaillées.