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Internet vert, capteurs chimiques, identification de virus : 3 applications inattendues des recherches sur la lumière

Philippe Passebon

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Internet vert, capteurs chimiques, identification de virus : 3 applications inattendues des recherches sur la lumière

L’Organisation internationale des Nations Unies a proclamé 2015 année internationale de la lumière et des techniques utilisant la lumière.

La maîtrise de la lumière est au cœur de plusieurs domaines de recherche du CNRS. A l’occasion de l'année internationale de la lumière, le CNRS nous a ouvert les portes de l’INL, dans lequel la lumière joue un rôle central, à l’interface entre nanotechnologies et électronique.

L’Organisation internationale des Nations Unies a proclamé 2015 année internationale de la lumière et des techniques utilisant la lumière. Nanophotonique, photovoltaïque, photosynthèse ou encore photochimie, autant de domaines explorés par le CNRS dans lesquels la lumière joue un rôle central. Car celle-ci a encore beaucoup à montrer en termes d’applications.

La preuve à l’institut des Nanotechnologies de Lyon (INL). Le laboratoire a pour vocation de développer des recherches technologiques multidisciplinaires dans le domaine des micro et nanotechnologies. Situé juste à côté de l’INSA Lyon sur le campus de la Doua, le bâtiment de l’INL abrite des recherches de pointe, en adéquation avec les problématiques actuelles des composants électroniques. L’INL fait d’ailleurs partie de l’INSIS, l’institut des sciences de l’ingénierie et des systèmes.

Transporter et traiter l’information à moindre consommation

Appliquée à l’électronique, la nanophotonique permettra de réduire la taille des systèmes électroniques, grâce à la réalisation des microguides d’ondes silicium. « Internet n’est pas une énergie verte, explique Xavier Letartre, directeur de recherche à l’INL. En 2012, on estimait qu’internet consommait environ 2% de la consommation totale d’énergie. Sa consommation double tous les deux ans et atteindra la consommation actuelle si rien ne change. Pour réduire la consommation des composants, nous travaillons sur les possibilités de marier l’électronique et la photonique. » L’optique accuse en effet beaucoup moins de pertes d’énergie et permet de transporter plus d’informations dans le même espace que l’électronique.

L'intégration photonique hétérogène de composants capables d'émettre un signal lumineux, à base de semiconducteurs composés III-V et de circuits passifs à base de silicium est au cœur des défis technologiques de l'équipe Nanophotonique de l'INL.

Des nouveaux capteurs pour l’environnement

Les chercheurs travaillent également sur des cristaux photoniques, « des structures en silicium dans lesquelles des trous microscopiques périodiques permettent de pièger les photons pendant un certain temps, » détaille Xavier Letartre, directeur de recherche à l’INL. Les chercheurs conçoivent ainsi des cages à photons, des microrésonateurs optiques 3D dont la membrane est constituée d’un cristal photonique. En optimisant l’interaction entre la lumière et les molécules, ils ouvrent la voie à de nouveaux dispositifs de détection pour la biologie et l’environnement plus rapides, plus fiables et moins coûteux. « En piégeant ainsi la lumière, on peut la concentrer sur des espèces chimiques placées dans la micro-cavité. Plus de lumière nous permet ainsi de mieux identifier l’espèce chimique. »

Des ‘cages à photons’ sphériques mises au point à l'INP permettent de stocker les photons dans un espace de faible volume et de faible indice.

Des pinces optiques pour manipuler nanoparticules et virus

Les chercheurs de l'INL travaillent aussi sur le piégeage optique de nano-objets. « Nous nous servons de la lumière pour manipuler la matière à l’échelle microscopique et nous travaillons à rendre possible la manipulation possible à une échelle de la centaine de nanomètres, par exemple pour prendre un  nanofil de silicium et le déposer sur un composant. Mais cela pourrait aussi nous servir à l’identification de virus, qui ont des tailles de l’ordre de la centaine de nanomètres.  Grâce à la pince optique, nous pourrions déposer un virus sur un cristal photonique et procéder à son identification. »

Le piégeage optique doit permettre le positionnement de nano-objets avec une précision nanométrique, pour lever un verrou important en nanotechnologie : le positionnement da nano-objets obtenus par voie ascendante avec une précision nanométrique. Ici, une pince optique est créée à partir d'un cristal photonique et  de deux nano-atennes qui permetent de concentrer un champ électromagnétique très intense dans un volume nanométrique.

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