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En France, la photonique représente environ 650 entreprises -dont 90% de PME- qui emploient environ 45000 personnes<ref>[http://www.lemonde.fr/economie/article/2014/11/23/l-optique-photonique-un-succes-francais_4527969_3234.html L’optique photonique, un succès français] - Le Monde (23/11/2014)</ref>. |
En France, la photonique représente environ 650 entreprises -dont 90% de PME- qui emploient environ 45000 personnes<ref>[http://www.lemonde.fr/economie/article/2014/11/23/l-optique-photonique-un-succes-francais_4527969_3234.html L’optique photonique, un succès français] - Le Monde (23/11/2014)</ref>. |
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=== Impact des technologies photoniques dans l'échange et la transmission de données === |
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=== Économie du partage === |
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La transmission d'information et leur traitement ([[Cloud computing]] et [[centre de données]]) a largement bénéficié du domaine de l'[[optoélectronique]] et des [[lasers]]. Les systèmes de transmission optiques ont un avantage comparativement aux systèmes de transmission électriques traditionnels : la consommation électrique est inférieure malgré une plus grande bande passante. Le traitement optique des informations, par un "ordinateur photonique", constituant un objectif de la recherche en photonique<ref>[http://up-magazine.info/index.php/technologies-a-la-pointe/lab/6970-des-ordinateurs-qui-calculent-a-la-vitesse-de-la-lumiere-c-est-bientot-possible Des ordinateurs qui calculent à la vitesse de la lumière. C’est bientôt possible.] - Up-magazine (04/10/2017)</ref>{{,}}<ref>[http://www.huffingtonpost.fr/2015/10/27/compresser-lumiere-infinie-metamateriau-ordinateurs_n_8396770.html Des chercheurs ont "compressé" la lumière. Et votre ordi va adorer ça] - HuffingtonPost (27/10/2015)</ref>. |
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On entend par économie du partage l’économie basée sur l’échange de données ce qui est globalement représenté par internet et les [[télécommunications]]. La nécessité de transmettre toujours plus d’informations (70 % des informations mondiales ont été crées ces deux dernières années ) amène aujourd’hui à la construction de répéteurs optiques qui permettent de transporter {{Unité|10000000|Mbit/s}} pour une consommation en énergie de {{unité|4|W}} quand les box classiques permettait le transport de 10 à 100 Mbit/s pour une consommation de {{unité|20|W}} . |
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Ces progrès en photonique permettent l’accélération des échanges mais on observe également qu’ils englobent un enjeu écologique avec une consommation en énergie que l’on veut toujours plus faible. En effet le numérique représente aujourd’hui le plus grand pôle de consommation énergétique mondial devant l’éclairage d’où le besoin de rendre les outils du numérique plus économiques. Une des solutions en cours de développement est de remplacer les connexions électriques par des connexions optiques ce qui permettra de diviser la consommation par un facteur estimé entre 10 et 100. Ce genre de technologie existe déjà aujourd’hui dans les datas center qui sont les sites majeurs de stockage de données et l’objectif est de réaliser des connexions optiques entre des puces sur une longueur de l’ordre du centimètre. L’avantage de cette technique est de limiter l’échauffement des systèmes aux interconnections et de dépasser la valeur limite de la bande passante accessible par connexion électrique ({{Unité|100| Gbit/s}}) . |
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=== Photonique et industrie === |
=== Photonique et industrie === |
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Version du 17 janvier 2018 à 20:15
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La photonique est la branche de la physique concernant l'étude et la fabrication de composants permettant la génération, la transmission, le traitement (modulation, amplification) ou la conversion de signaux optiques. Elle étudie les photons indifféremment comme onde ou comme corpuscule. Le domaine d'étude de la photonique va de l'ultraviolet proche à l'infrarouge lointain, bien que la majorité des applications de la photonique résident dans le domaine du spectre visible.
Le photodétecteur se trouve à la frontière entre la photonique et l'électronique et appartient au domaine de l'optoélectronique, comme les lasers à semiconducteur. La photonique est également largement associée à l'optique intégrée.
Le terme photonique est aussi utilisé dans des mots composés désignant de nouvelles sciences ou technologies utilisant la lumière : nanophotonique, biophotonique.
Les composants étudiés dans le cadre de la photonique sont notamment les lasers, les diodes électroluminescentes, les fibres optiques, les modulateurs optiques, les amplificateurs optiques ou encore les cristaux photoniques.
Usage du terme et étymologie
Le terme photonique est relativement récent. Il est dérivé du grec φῶς, φωτὁς (la lumière[1]) et apparaît dans la littérature scientifique et technique à la fin des années 1960 pour décrire un champ de recherche utilisant la lumière en vue d'applications alors liées à l'électronique (télécommunications, traitement du signal).
Des revues à large diffusion scientifique et techniques s'accordent pour dire que la première définition formelle du terme de photonique viendrait du scientifique français Pierre Aigrain dans les années 1970.
Dans les années 1980 les opérateurs de réseaux de télécommunication adoptent le terme "photonique" avec l'apparition des réseaux à fibres optiques et des amplificateurs optiques à fibre dopée erbium. Ce mot est utilisé dans le domaine des télécommunication (notamment dans le titre de la revue Photonics Technology Letters lancée par la société savante IEEE Lasers and Electro-Optics Society à la fin des années 1980, ainsi que par extension à des découvertes telles que le laser, les diodes laser et fibres optiques qui sont utilisées dans le monde des communications.
Au début des années 2000, l'Union Européenne contribue à diffuser ce terme, avec la plateforme Photonics 21[2] (créée en 2005) et par son travail sur les des technologies génériques d'avenir présentant a priori un fort potentiel technique et économique (ou KETs pour Key Enabling Technologies) [3].
En 2009, La commission européenne considère que la photonique est l'une des six KETs.
Le terme de photonique prend un nouvel essor avec une diffusion plus large à l'occasion de l'année de la lumière (2015).
Histoire de la Photonique
Optique Classique
L'Optique dite "Classique" est principalement liée aux problématiques d'optique géométrique. Notamment, le développement et l'utilisation d'outils comme les lentilles, les miroirs, ainsi que la conception optique liée à leur utilisation. Ses applications incluent les microscopes optiques, les télescopes, les lunettes...
Optique Ondulatoire
L'Optique ondulatoire couvre l'ensemble des problématiques d'électromagnétisme et d'optique physique qui découlent de la preuve par Augustin Fresnel de la nature ondulatoire de la lumière puis des lois de Maxwell[4]. Ses applications incluent le développement d'interféromètres ou d'outils utilisant la diffraction tels que les réseau de diffraction, réseau de Bragg ou grismes...
Optique Moderne
L'Optique Moderne est liée aux propriétés du photon en interaction avec la matière. Parmi les effets clefs de l'optique moderne, on trouve l'émission stimulée, l'effet photo-électrique, les interactions matière-rayonnement pour lesquelles la matière ou le champ électromagnétique est quantifié, l'optique non linéaire, les effets électro-optique, acousto-optique, Raman, Brillouin... Cette phase démarre à la fin du XIXe siècle avec Heinrich Herz (effet photo-électrique 1887) et au début du XXe siècle, Einstein (quantification de la lumière 1905 et découverte de l'émission stimulée 1917) et Bohr (quantification des niveaux d'énergie 1913) qui conduit à la découverte du laser en 1960. Cette découverte est à la base des déclinaisons de l'optique moderne dans les domaines de l'optique atomique, optique quantique, optique non linéaire, lasers...
Photonique
La Photonique correspond à une diffusion de l'optique moderne dans la sphère industrielle et dans les autres domaines scientifiques. L'opto-électronique, les télécommunications optiques ou la biophotonique sont des exemples de cette diffusion scientifique.
Le grand nombre d'applications de la photonique dans les domaines de la santé, du spatial, des communications, des infrastructures (bâtiments, transports), de l'automobile, des nouvelles technologies lui vaut le qualificatif de « science capacitante ».
Prix Nobels liés à la Photonique
Domaines de la photonique
Liste des domaines scientifiques liés à la Photonique
- Optique physique, incluant en particulier la théorie de la diffraction.
- Optique atomique
- Physique quantique
- L'optique non linéaire
- L'étude des ondes électromagnétiques
- Télécommunications : en particulier Lasers et Fibres optiques
- Technologies d'éclairage : en particulier diodes électroluminescentes (LED), Lasers
- Opto-électronique
- Capteurs permettant l'interface optique-électronique par effet photoélectrique.
- L'étude des propriétés de la lumière ou des matériaux comme la polarisation, la réfractométrie, la spectroscopie
- La conception optique
- L'imagerie en général, incluant par exemple l'imagerie satellitale et l'imagerie médicale
Applications de la Photonique
La photonique est présente dans les processus industriels, par exemple dans les secteurs économiques suivants :
- Biens de consommation : lecteurs de codes-barres, lecteur CD DVD, télécommandes
- Télécommunications (à haut débit)
- Médecine : correction de la myopie, chirurgie par endoscopie, effacement de tatouage, chirurgie esthétique
- Production de biens manufacturés (via les opérations de découpe, soudure, perçage par laser)
- Bâtiments : mesure par laser, niveau laser, test de contrainte
- Aéronautique et espace : gyromètre, optique des satellites
- Militaire : capteurs pour vision nocturne, détection de mines, armes guidées par laser
- Spectacle : show laser, éclairage à LED
- Traitement d'image
- Métrologie : mesure des temps et fréquences, mesure à distance
- La réalité augmentée
Aspect économique de la Photonique
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Perspectives économiques
En Europe, la photonique représente le pôle majeur d’investissement parmi les KETS avec 355 milliards d’euros d’investissement en 2015 quand le deuxième pôle majeur n’en compte que 222 milliards. En France la photonique est représenté par pas moins de 5000 entreprises, 377 000 emplois directs et une croissance prévue à 10 % par an ce qui justifie les espoirs économique placés dans la photonique.
En France, la photonique représente environ 650 entreprises -dont 90% de PME- qui emploient environ 45000 personnes[5].
Impact des technologies photoniques dans l'échange et la transmission de données
La transmission d'information et leur traitement (Cloud computing et centre de données) a largement bénéficié du domaine de l'optoélectronique et des lasers. Les systèmes de transmission optiques ont un avantage comparativement aux systèmes de transmission électriques traditionnels : la consommation électrique est inférieure malgré une plus grande bande passante. Le traitement optique des informations, par un "ordinateur photonique", constituant un objectif de la recherche en photonique[6],[7].
Photonique et industrie
L’industrie utilise de plus en plus les outils de la photonique pour augmenter à la fois la sécurité de ses travailleurs et la précision des tâches accomplies. Les lasers sont aujourd’hui largement employés afin de réaliser des découpes extrêmement précises, cette technologie ne cesse de progresser en augmentant le nombre de matériaux sur lesquels elle est applicable et l’épaisseur de découpe. C’est cette technique de découpe qui a permis de développement de l’impression 3D.
À l’opposé les lasers sont également utilisables pour réaliser des collages notamment en orthodontie pour éviter les techniques invasives de collage d’appareils dentaires notamment.
Les outils de la photoniques permettent également aujourd’hui l’émergence des cobots qui sont des robots collaboratifs. Ce sont des robots conçu pour une interaction directe avec l’homme, ils sont de plus en plus utilisés dans le monde industriel pour reproduire les gestes de celui qui les commande mais en les réalisant avec plus de force et en laissant le travailleur dans un espace protégé de tout risque.
Articles connexes
Notes et références
- Lexique grec-français sur Google Livres - Joseph-Théophile de Mourcin De Meymi-Lanaugarie (1832)
- Site de la plateforme Photonics 21
- European Competitiveness in Key Enabling Technologies (en)
- La belle histoire de la physique sur Google Livres - Par Christelle Langrand et Jacques Cattelin
- L’optique photonique, un succès français - Le Monde (23/11/2014)
- Des ordinateurs qui calculent à la vitesse de la lumière. C’est bientôt possible. - Up-magazine (04/10/2017)
- Des chercheurs ont "compressé" la lumière. Et votre ordi va adorer ça - HuffingtonPost (27/10/2015)
