Qu'est-ce que la photonique?

Le terme « photon » provient du grec ancien phỗs et signifie « lumière ». Le terme « photonique », définissant l’étude de la lumière, est une branche de la physique encore jeune. Sa mention n’apparaît pour la première fois que dans les années 60. Lorsque nous discutons des lasers, des fibres optiques ou encore des diodes électroluminescentes (DEL), nous faisons référence à la photonique.

Le passage fulgurant des équations de Maxwell et de l’optique classique vers la photonique nous a entre autres permis d’obtenir les télécommunications à haut débit par fibres optiques, les lecteurs lasers (DVD, CD, Blu-Ray), etc. La photonique nous a aussi permis de faire beaucoup d’avancées en médecine, en aéronautique, en robotique et en bien d’autres domaines.

Ce champ d’étude est d’ailleurs en plein essor ; des recherches en photonique ont récemment été hautement récompensées. En 2014, Akasaki, Amano et Nakamura reçurent le prix Nobel de physique pour la découverte des diodes électroluminescentes bleues. Cette découverte, datant de 1990, a permis la création de la lumière blanche. Un moyen économique d’obtenir beaucoup de luminosité pour peu de consommation énergétique.

Les phénomènes physiques fondamentaux menant aux différentes théories et applications de la photonique seront vus en classe aux ateliers précédant les jeux. Ils seront ensuite sujets de défis lors des différentes activités organisées.

Comment fabrique-t-on la fibre optique?

Fragile et de la taille d'un cheveu, la fibre optique est capable de transporter des quantités phénoménales d'information en un temps excessivement court. Elle est souvent utilisée dans le domaine de la télécommunication. Mais comment arriver à un produit si petit et si efficace? En fait, il existe plusieurs manières de fabriquer de la fibre optique.

À l'Université Laval, elle débute en grand tube de verre, que l'on appelle préforme, placé au sommet d'une grande tour à l’intérieur d’un four. Lorsque le bas de la préforme chauffe, elle devient plus liquide et forme une goutte de verre, comme illustré sur la figure ci-dessous. Par gravité, la goutte tombe lentement vers le bas et, en conservant la bonne température dans le four, elle entraîne le verre dans sa descente. Comme avec la tire d'érable au printemps, plus le verre étire, plus le fil devient petit. Avec les bons calculs, il est possible de connaître la taille de la fibre optique obtenue. Une fois la descente terminée, la goutte est coupée et le fil est placé dans une bobine en rotation pour tirer la fibre tout en l’enroulant.

Une préforme d'un mètre de long peut donner jusqu'à 10 kilomètres de fibre optique! Pour respecter des normes de propreté exceptionnelles, des ventilateurs sont placés en haut du four pour éloigner le plus de poussières possible tout en refroidissant le verre. La machine pouvant accomplir ce procédé se situe au Centre d'Optique, Photonique et Laser (COPL) qui est le lieu de travail d'un regroupement de chercheurs dans ce domaine.

La recherche au COPL

Le Centre d’optique, photonique et laser (COPL) est un centre de recherche situé à l’Université Laval qui bénéficie d’une renommée importante à l’échelle internationale. Il permet aux chercheurs, aux étudiants et aux partenaires industriels de faciliter le partage de connaissances relatives à la photonique. D’ailleurs, plusieurs entreprises québécoises bénéficient de l’expertise locale apportée par le COPL pour offrir des produits compétitifs à l’échelle internationale.

Les sujets de recherche qu’on y retrouve touchent principalement les domaines d’applications suivants : la biophotonique, l’environnement, l’aérospatiale, les procédés industriels et les télécommunications. Plus concrètement, la photonique permet des applications aussi variés que de transporter l’internet jusqu’à votre maison, de couper du métal à l’aide de lasers ou encore d’effectuer la détection de cellules cancéreuses.