L`excellence de l`industrie photonique française au cœur des

Le syndicat professionnel Optique - Photonique
Dossier de presse
L’excellence de l’industrie photonique française au
cœur des recherches menées sur Mars par le
robot Curiosity
Sommaire :
I.
L’excellence de l’industrie photonique française au cœur des recherches
menées sur Mars par le robot Curiosity
II.
L’instrument CHEMCAM, pièce maîtresse du robot Curiosity
III.
Portait de quelques sociétés impliquées dans CHEMCAM
IV.
La photonique,
économique
V.
L’industrie photonique française : une industrie à la pointe des innovations,
structurée pour relever les défis technologiques
VI.
Pour en savoir plus
une
« technologie
1
clé »
pour
le
développement
I. L’excellence de l’industrie photonique française au cœur des
recherches menées sur Mars par le robot Curiosity
Lancé à l’automne 2011 au sein du robot Curiosity, l’appareil scientifique
CHEMCAM, destiné à déterminer la composition chimique des roches présentes sur
Mars, met en œuvre une technologie parmi les plus pointues, la LIBS (Laser Induced
Breakdown Spectroscopy). Les entreprises photoniques françaises sont intervenues
en nombre dans le développement de cet instrument, grâce à un savoir-faire et une
expertise souvent uniques au monde.
Le laser, cœur de l’instrument CHEMCAM
Pièce maîtresse de l’instrument, le laser, développé par la société Thales
Optronique, s’appuie sur plusieurs composants cruciaux, eux aussi issus du tissu
industriel français. Coordonnés par les ingénieurs de Thales, ils ont permis d’offrir à
CHEMCAM un laser unique, répondant parfaitement aux contraintes particulières des
projets spatiaux.
Les diodes de pilotage constituent en quelque sorte le premier étage du laser. Elles
fournissent la première impulsion lumineuse, qui sera ensuite modifiée au cœur du
laser afin de fournir l’impulsion finale. Elles ont été développées par la société
Quantel et sont capables de travailler dans les conditions extrêmes présentes sur
Mars avec une excellente fiabilité.
La société Cristal Laser intervient dans l’étape suivante qui consiste à modifier les
caractéristiques de l’impulsion afin de la rendre compatible avec les contraintes de la
technologie LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) utilisée pour l’analyse
des roches. Le composant fourni par Cristal Laser, une cellule de Pockels, est basé
sur deux cristaux de RTP (Rubidium Titanyle Phosphate), capables de fournir une
réponse indépendante des variations des conditions d’utilisation, notamment de la
température.
Autres éléments importants de ce laser, les différents miroirs et lentilles chargés de
mettre en forme l’impulsion lumineuse et le hublot qui transmet l’impulsion à
l’extérieur de l’instrument. Pour ces composants optiques, la maîtrise de leurs
dimensions (au micron près), de la qualité de leur surface (de l’ordre de l’Angström 10-10 mètres soit un dixième de milliardième de mètre), de la tenue de leurs
revêtements à l’environnement spatial et la précision de leur positionnement (encore
au micron près) constituent des défis technologiques majeurs : les sociétés Optique
de Précision J.FICHOU et TOFICO, spécialistes du polissage et des revêtements
optiques ont pu les relever en s’appuyant sur leur longue expérience.
Un instrument d’analyse au sommet de la technologie
Mais émettre une impulsion laser n’est que la première étape de l’instrument !
L’impulsion produit, au contact des roches, un plasma dont les caractéristiques
fournissent des indications sur la composition chimique des roches. Il faut donc que
CHEMCAM soit aussi capable d’analyser ce plasma.
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C’est dans cette étape que le composant fournit par la société CILAS intervient : sa
lame dichroïque est en effet capable de séparer la lumière du laser de celle réémit
par le plasma. Cette fonction optique complexe a été rendue possible grâce à
l’utilisation d’une technologie de fabrication appelée Dépôt Assisté par faisceau
d’Ions - IAD (Ion Assisted Deposition), technologie particulièrement délicate à
maîtriser.
Des conditions d’utilisation particulièrement éprouvantes
Pour s’assurer que tous ces éléments, pris indépendamment mais aussi dans leurs
interactions, allaient être capables de travailler dans l’environnement de Mars
(températures et pressions extrêmes, variations importantes et rapides,
rayonnements électromagnétiques et X particulièrement perturbants), une batterie de
tests notamment du suivi en continu de grandeurs électriques, optiques et
thermiques a été développée et menée par la société AdvEOTec. Ces tests ont
servis de plus à la sélection des composants finalement embarqués dans
CHEMCAM.
L’occasion de pousser un Cocorico !
L’exemple de CHEMCAM montre, à travers ces quelques entreprises
emblématiques, que l’excellence de l’industrie photonique française lui permet de
répondre à des appels d’offre exigeants et que nous pouvons être fiers de cette
réussite ! Loin d’être unique, cet exemple témoigne au contraire de la pertinence de
notre recherche et développement en photonique, et de la vitalité d’entreprises dont
les marchés sont planétaires. Rassemblées au sein de l’AFOP, le syndicat
professionnel Optique Photonique, elles travaillent ensemble de façon régulière
et peuvent ainsi augmenter leurs chances de se positionner sur les grands projets
internationaux.
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II. L’instrument CHEMCAM, pièce maîtresse du robot Curiosity
Un projet international ambitieux
Curiosity est un véhicule d’exploration qui s’intègre au sein de la mission MSL (Mars
Science Laboratory), mission de la NASA destinée à déterminer si la vie a été
possible sur Mars, à caractériser son environnement climatique et géologique et à
poser les premiers jalons d’une éventuelle exploration de Mars par l’homme.
Curiosity s’est posé avec succès sur Mars le 6 août 2012 : les dix instruments
scientifiques qui le composent travaillent depuis à la récolte et à l’analyse de
données. Objectif : dresser un panorama précis des conditions rencontrées
aujourd’hui sur Mars, et fournir des indications sur les conditions qui ont pu exister
auparavant.
Une forte implication française
La France a joué un rôle important dans la préparation du robot Curiosity avec des
contributions importantes dans deux instruments : CHEMCAM (Chemistry Camera)
et SAM (Sample Analysisat Mars). La maîtrise d’ouvrage de cette contribution
française a été assurée par le CNES. Au sein de l’instrument CHEMCAM, un
responsable français, Silvestre MAURICE, chercheur à l’IRAP (Institut de recherche
en astrophysique et planétologie), a coordonné la partie appelée « Mast Unit ».
Instrument Chemcam (développé par CNES et CNRS) en salle d’intégration, au CNES : Crédit CNES/Hervé PIRAUD, 2008
Une première mondiale
CHEMCAM représente, par rapport aux instruments déployés précédemment sur
Mars, une avancée technologique majeure. En effet, pour la première fois, un
instrument est capable d’analyser les roches à distance, réduisant de façon drastique
le temps nécessaire à leur caractérisation.
CHEMCAM se compose en effet d’un laser capable de créer, jusqu’à une distance
de 9 mètres, un plasma lumineux à la surface des roches qu’il vient de frapper, puis
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de récupérer et d’analyser ce plasma. Cette technique, appelée LIBS (Laser Induced
Breakdown Spectroscopy), est ainsi utilisée pour la première fois en milieu spatial.
Elle permet de déterminer en fonction des longueurs d’onde lumineuses contenues
dans le plasma la composition des roches frappées par le laser. Cette analyse
permet de choisir les roches qui feront ensuite l’objet d’une « récolte » pour une
caractérisation plus approfondie.
Des premiers résultats conformes aux attentes
Le 21 août 2012, CHEMCAM a réalisé son premier tir laser sur Mars, et a ainsi
récolté les premières données concernant la roche visée. Depuis, les tirs se sont
succédés et CHEMCAM a fourni de nombreux spectres de roches, apportant de
précieuses informations sur l’état actuel et l’évolution au cours du temps de
l’environnement martien.
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Crédits : en haut, schéma issus de la publication “New Developments on ChemCam Laser Transmitter and
Potential Applications for other Planetology Programs” ; en bas, schema repris par Thales.
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III. Portait de quelques sociétés impliquées dans CHEMCAM
Contact :
Pierre Marcilhac, Service Commercial
[email protected]
01 60 86 43 61
AdvEOTec : La validation des composants optoélectroniques
AdvEOTec valide des composants optoélectroniques pour des environnements
exigeants. Avec bientôt 10 ans d'expertises et de services, AdvEOTec dispose de
laboratoires d’essais et de mesures ainsi que d'accès privilégiés à des moyens plus
spécifiques : radiation, analyse de construction, etc…
Evaluation et qualification de la diode laser
Dans le cas de l'instrument CHEMCAM, AdvEOTec a mis en œuvre une grande
variété de tests avec le suivi en continu de grandeurs électriques, optiques et
thermiques, permettant au final la sélection du composant le plus apte à remplir la
mission sur Mars.
AdvEOTec développe en permanence de nouveaux moyens (tests et mesures sous
vide secondaire et en température, méthodes de tests non destructives, …) qui
contribuent au succès des différentes missions spatiales auxquelles elle a participé.
A propos d’AdvEOTec :
AdvEOTec est spécialiste de la mesure de l’optoélectronique et de l’optoélectronique
pour la mesure. AdvEOTec propose des solutions adaptées aux environnements
exigeants : elle fournit depuis de nombreuses années, des systèmes et des
prestations de très haute technologie à de nombreux secteurs comme les
télécommunications, la défense, l’espace, l’aéronautique, les biotechnologies, le
transport…
www.adveotec.com
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Contact :
Barbara Carmé, Assistante DPNSI
[email protected]
02 38 64 40 93
Cilas : Des composants pour des fonctions optiques complexes
CILAS a étudié, réalisé et qualifié plusieurs composants pour l'optique de focalisation
de l’instrument CHEMCAM, et en particulier la dichroïque laser. Ce composant clé
permet de séparer avec précision la longueur d'onde infrarouge du laser et les raies
spectrales correspondant à chacun des éléments fondamentaux dans les domaines
ultraviolet et visible (carbone, baryum,
fer,
aluminium,
cuivre,
azote
etoxygène),
cette
séparation
constituant la première étape de
l’analyse de la roche.
Cette fonction optique complexe a été
mise au point sur un bâti de
traitement en technologie IAD (Ion
Assisted Deposition), équipé d’un
contrôle optique in-situ. Après un
banc de tests rigoureux simulant
l’environnement
martien,
l’insensibilitédes propriétés optiques au passage air-vide, la stabilité de la
cosmétique et la tenue au flux ont été établies.
A propos de Cilas :
CILAS est une filiale d'EADS Astrium qui conçoit des produits associant le laser et
l’optique dans les domaines des hautes technologies. CILAS fait notamment des
appareils de télémétrie, des miroirs adaptatifs, des dépôts de couches minces et les
amplificateurs lasers pour le Laser Mégajoule.
www.cilas.com
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Contact :
Hervé Albrecht, Sales Manager
[email protected]
03 83 47 82 57
Cristal Laser : Des cristaux complexes pour transformer la lumière
Cristal Laser a participé au projet CHEMCAM en fournissant la cellule de Pockels du
laser. Cette cellule est composée de deux cristaux de RTP (Rubidium Titanyle
Phosphate) qui offrent l’avantage d’une bonne tenue au flux et d’une relative
insensibilité aux variations de température.
Fruit d’une collaboration active entre la société THALES et le CNES à Toulouse, la
cellule a fait l’objet d’une qualification méthodique de tous ses éléments : colle,
support mécanique en titane recevant les cristaux et câbles électriques.
Crédits : issus de la publication “New Developments on ChemCam Laser Transmitter and Potential Applications
for other Planetology Programs”.
Ces tests (adhérence, endommagement, durée de vie, irradiation de neutrons, cycle
thermique) ont permis de valider les choix initiaux et de sélectionner au total six
cellules pour les différentes étapes du projet (qualification, modèle de vol, cellule de
réserve).
A propos de Cristal Laser :
PME de 20 personnes implantée en Lorraine dont le cœur de métier est la synthèse
de cristaux pour l’optique non linéaire comme KTP, RTP, KTA et LBO, Cristal Laser a
été fondée en 1990 suite à un transfert de technologie de la faculté des sciences de
Nancy. Elle est dirigée par Dominique LUPINSKI depuis ses débuts.
Elle dispose aujourd’hui d’un parc de plus de 60 fours de croissance et bénéficie du
soutien conjugué de la DGA, d’OSEO et de la région Lorraine.
www.cristal-laser.fr
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Contact :
Jean-Jacques Contet, Président
[email protected]
01 46 66 15 18
Optique de Précision J. Fichou / Tofico : Des composants optiques de
haute précision
La société Optique de Précision J. Fichou a fourni, pour l’instrument CHEMCAM, le
collecteur de la lumière émise par la diode (l’entonnoir), le coupleur optique présent
dans la cavité du laser, la lame d’onde et le hublot de sortie. Tous ces composants
ont été définis par la société Thales, fabriqués par Optique de Précision J. Fichou et
traités, par revêtements, par la société Tofico. Le défi pour ces deux sociétés était
d’une part de respecter les précisions spécifiées (tolérances de l’ordre du micron
pour les dimensions et au niveau de l’angström pour la qualité de la surface) et
d’autre part de réaliser, sans perdre ces précisions, des traitements résistants à
l'environnement spatial. Seuls, le long savoir-faire de leurs équipes allié à une
grande rigueur et des procédés qualité bien maîtrisés leur ont permis de répondre au
cahier des charges.
A propos d’Optique Optique de Précision J. Fichou & Tofico:
Créée en 1946, la société Optique Fichou a bâti sa réputation sur la fabrication de
composants optiques de haute qualité. Aujourd’hui, ses réalisations sont utilisées
aux quatre coins du monde, tant dans les laboratoires de recherche qu’en milieu
industriel. Utilisés notamment dans les instruments de précision, ses composants ont
été sélectionnés dans plusieurs projets ambitieux, notamment dans le domaine
spatial : satellites EXOSAT et SPOT, expérience SILEX (communication intersatellites), spectromètre MERIS, observatoire spatial SENTINEL.
Société « fille » de la première et également dirigée par Jean-Jacques Contet,
TOFICO a été créé pour répondre aux besoins en traitements de surfaces optiques
de l’industrie de l’Optique ou des laboratoires.
www.optiquefichou.fr
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Contact :
Cécile Barbier, Responsable Communication
[email protected]
01 69 29 16 07
Quantel : Des diodes qualifiées pour l’environnement spatial
Quantel, société fortement impliquée dans les programmes spatiaux comme
Curiosity (Mars), LOLA (Lune) ou Aladin-ATLID (EarthCare), a développé des diodes
quasi continues très fiables pouvant fonctionner à des températures extrêmes. Ces
diodes laser sont conçues pour opérer dans des environnements extrêmement
sévères (mécanique, température ou
radiation). Elles sont donc particulièrement
adaptées au spatial (Lune, planète Mars).
Après le succès rencontré sur le
programme NASA LOLA, Quantel a été
sélectionnée pour développer et qualifier
des diodes pour le laser ChemCam, qui a
fait l’objet d’un développement commun
entre la France et les Etats-Unis.
Les diodes Quantel utilisées sont
qualifiées pour le spatial par la NASA, le
CNES et l’ESA. Une année de tests a été
nécessaire pour garantir la fiabilité de ces diodes.
Crédit NASA - JPL
A propos de Quantel :
Acteur clé de l’industrie du laser impulsionnel à solide à l’international depuis 1970,
Quantel met son expertise technologique au service des marchés scientifique,
industriel et médical. Grâce à une politique tournée vers la recherche, le
développement et l’innovation, Quantel propose des produits à la pointe de la
technologie.
www.quantel.fr
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Contact :
Eric Durand, Project manager
[email protected]
Thales Optronique : La coordination du laser, cœur de l’instrument
CHEMCAM
Au sein du projet CHEMCAM, Thales Laser (puis Thales Optronique après
l’absorption de Thales Laser) était en charge du développement du laser de
puissance. A partir d’un système existant, les recherches technologiques avaient
notamment pour but d’alléger le système, de trouver un moyen de le refroidir de
façon passive et de le rendre opérationnel et fiable en environnement martien.
Dans des délais très courts pour ce type de projet, Thales et ses sous-traitants ont
développé au total six lasers, depuis le prototype fonctionnant au sol jusqu’au
modèle de vol. Pour répondre aux exigences de délai, une grande coordination a été
nécessaire : la présence de nombreux sous-traitants français a été, au-delà de leurs
compétences, un atout important dans cette
course contre le temps.
Le groupe Thales peut aujourd’hui s’appuyer
sur l’expérience acquise grâce à CHEMCAM
pour mener d’autres développements pour
des milieux exigeants.
Crédit : issu de la publication “New Developments on
ChemCam Laser Transmitter and Potential Applications
for other Planetology Programs”.
A propos de Thales Optronique :
Société du groupe Thales, Thales Optronique est spécialisée dans la conception, le
développement, la production et les prestations associées de systèmes et
équipements optroniques militaires et civils, aéroportés, terrestres ou naval. Le site
d’Elancourt dans les Yvelines concentre aujourd'hui l'intégralité des moyens de
conception, développement, intégration et test des activités optroniques de Thales
en France.
www.thalesgroup.com
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IV.
La photonique, une « technologie clé » pour le développement
économique
L’Europe, puis le Ministère français de l’industrie, ont reconnu que la photonique était
une des six « technologies clés » pour le développement économique à l’horizon
2020.
Une technologie qui diffuse dans de nombreux composants et systèmes
La photonique, ensemble des technologies qui utilisent le « photon », particule
élémentaire de la lumière, concerne :
 Les sources de lumière, comme les lasers ou les diodes
électroluminescentes ;
 Les systèmes de formation des images, comme les caméras ou les appareils
photos et leurs accessoires ;
 Les systèmes de visualisation des images comme les écrans ;
 Les composants et systèmes qui transportent ou modifient la lumière comme
les fibres optiques ou les endoscopes ;
 Les instruments qui utilisent la lumière comme les appareils médicaux ou les
systèmes de télécommunications par fibres optiques.
De plus, la photonique couvre une très large gamme de rayonnements : la lumière
visible bien sûr, mais aussi les rayonnements infrarouge, ultraviolet, et X.
Des applications au cœur de notre vie quotidienne
On le voit, ses applications concernent aujourd’hui des secteurs très variés : si
certaines sont encore au stade de la recherche, d’autres, de plus en plus
nombreuses, sont très présentes dans notre vie quotidienne : la santé (lasers
médicaux, endoscopie, systèmes de diagnostic), les transports (aides à la conduite,
éclairage, transmission par fibres optiques), l’énergie (diodes électroluminescentes,
photovoltaïque), la communication (réseaux haut débit, mini-caméras, écrans), les
systèmes de production (lasers, caméras de contrôle, gestion des robots), … Une
liste exhaustive serait longue !
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V. L’industrie photonique française : une industrie à la pointe des
innovations, structurée pour relever les défis technologiques
Une filière importante, en nombre et en qualité
Au niveau national, l’AFOP, le syndicat professionnel Optique Photonique, a recensé
plus de 1000 entreprises dont l’activité (ou une partie de l’activité) s’appuie sur les
technologies photoniques. Ces sociétés, qui pèsent près de 50 000 emplois, sont,
pour près des 2/3, des entreprises de fabrication.
Depuis fin 2010, l’AFOP publie chaque trimestre un baromètre de l’activité
économique de cette industrie en France. Ce baromètre résulte d'une enquête
simple et rapide menée de façon anonyme par le syndicat auprès de l’ensemble des
industriels de la profession. Les résultats sont disponibles pour tous, sur simple
demande et permettent de construire le diagnostic économique des industriels de
l'optique photonique en France.
Au niveau scientifique, la recherche photonique française est particulièrement
performante, avec plusieurs prix Nobel de physique dont Serge HAROCHE en 2012
et Claude COHEN-TANNOUDJI en 1997. Soutenue dans le cadre des
Investissements d’avenir par plusieurs LABEX (Laboratoires d’excellence) et
EQUIPEX (Equipements d’excellence), elle est à même d’apporter au tissu industriel
les idées qui feront les produits de demain.
DEFI Photonique : un grand programme de soutien
Début 2013 a démarré, toujours dans le cadre des Investissements d’avenir, un
grand programme national, porté par le CNOP et coordonné par l’AFOP, destiné à
amplifier le développement des entreprises de la filière. Appelé DEFI Photonique, ce
programme, d’un budget de 3 millions d’euros, va permettre de cibler vers les PME
des aides structurelles, notamment dans l’analyse des marchés stratégiques, le
positionnement des produits issus de l’innovation et la formation. Ce programme
devrait notamment permettre de résoudre un des problèmes de cette industrie : le
faible nombre d’entreprises de taille intermédiaire.
L’innovation en photonique se porte bien !
Autre signe de la vitalité et de la capacité d’innovation de cette filière industrielle, la
très forte participation à une opération appelée « Vitrine de l’innovation », opération
annuelle portée par la revue nationale Photoniques, l’AFOP et la Société française
d’optique. 17 produits innovants, issus des entreprises françaises, sont cette année
présents dans cette Vitrine.
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VI. Pour en savoir plus
Sur l’instrument CHEMCAM
http://smsc.cnes.fr/MSL/Fr/
http://smsc.cnes.fr/MSL/GP_chemcam.htm
http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/instruments/spectrometers/chemcam/
Sur la filière photonique française
http://www.afoptique.org/
http://www.cnop-france.org/
Sur l’AFOP, le syndicat professionnel Optique Photonique
L'AFOP est le syndicat professionnel Optique-Photonique. Association nationale, et unique
syndicat professionnel pour le domaine, il regroupe les entreprises qui fabriquent ou
distribuent des composants (lentilles, miroirs ou cristaux) ; des instruments d’analyse
(spectroscopes…) ; et tous types de lasers scientifiques et industriels pour des domaines
d’application très larges.
Par sa nature et son indépendance vis-à-vis des pouvoirs Publics, il est le principal maillon
de dialogue et de négociation entre les industriels et l'Etat. Il se donne pour mission la
gestion de tout sujet d'actualité ou de prospective afin de représenter, défendre,
accompagner et soutenir la filière optique photonique.
L'AFOP collabore avec de nombreuses organisations telles que les services de l'état, les
autres organisations de la filière ou d'autres filières industrielles ou scientifiques tant en
France qu'à l'étranger.
Quelques chiffres clés :
 Près de 80 adhérents
 2 Milliards € de CA en 2012
 Plus de 10 000 emplois
 117 ans d’expérience
-------------------------------------------------Contact Presse:
Catherine Largier, Chargée de Communication et d’Animation du réseau AFOP
+33 1 43 46 27 56 – [email protected]
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