« Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »

[Interview] Nicolas Breuil - Téranaute - Thales groupe

Nicolas Breuil est vice-président de l’association Armir et responsable du réseau téranaute. Egalement responsable politique de standardisation Radar & Warfare Systems chez Thales systèmes aéroportés, il revient sur l’intérêt pour les industriels d’échanger sur térahertz via le groupe Téranaute. Nicolas Breuil fait aussi le point sur l’état de la recherche sur les ondes térahertz et les débouchés industriels éventuels. Entretien.

Techniques de l’Ingénieur : pourriez-vous présenter l’association Armir ?

Nicolas Breuil : L’association Armir (Association pour le rayonnement, les mesures et l’imagerie rapide) existe depuis une vingtaine d’années. Le groupe Téranaute fait partie de cette association depuis trois ans il poursuit les travaux entamés par le groupe Optoélectronique THz il y a 12 ans dans le cadre de l’association Ecrin aujourd’hui dissoute.

Pourquoi avoir crée le groupe Téranaute ?

On veut, au sein d’Armir, créer un réseau entre les chercheurs et les industriels. De grandes entreprises (EADS, Thales, Sagem, Opton Laser) sont très actives au sein du groupe. Une des raisons de ces rapprochements est bien-sûr la prospective industrielle. Mais au-delà, Téranaute nous permet d’échanger pour voir quelles sont les tendances du moment. Nous nous réunissons tous les trimestres et nous organisons, tous les deux ans, les journées térahertz : il s’agit d’un congrès, ouvert à tous, où nous invitons des chercheurs, français et européens, à venir présenter leurs travaux. Nous accueillons à cette occasion de vraies « pointures » du domaine térahertz. Le nombre de chercheurs et d’industriels présents passés de 20 en 1998 à 120 en 2009 à Lille montre l’intérêt croissant pour ce domaine de fréquence. Plus généralement, le réseau Téranaute a pour but de faciliter les rencontres entre les laboratoires et le monde industriel, les partenariats, les recherches de financements Armir-Téranaute a également publié un livre en 2008, Optoélectronique térahertz chez EDP sciences.

Depuis quand s’intéresse-t-on au térahertz en France ?

L’activité térahertz existe en France depuis les années 50-60. Dans les années 60 les applications comme l’astronomie ou encore la spectroscopie de l’atmosphère ont orienté les premiers développements de tubes fonctionnant à une fréquence de 330 GHz. Ensuite dans les années 1970, c’est Thales components & subsystems qui fabriquait des tubes THz permettant d’émettre de la puissance jusqu’à 700 GHz… A la fin des années 1980 une autre communauté autour des lasers ultrarapides permettant de générer des ondes térahertz s’est également formée : l’optoélectronique THz. C’est à travers cette communauté qu’on a ouvert de nouvelles perspectives pour les ondes térahertz, avec deux activités de recherche principales :

spectroscopie THZ résolue en temps : tests de nouvelles molécules ;
développement de nouveaux composants : le but est de développer des émetteurs et des récepteurs de taille acceptable.

Quels sont les avantages pour les industriels d’appartenir au réseau téranaute ?

Nous collaborons avec huit laboratoires au sein de Téranaute. Cela nous permet de tester de nouveaux matériaux. Cette activité rejoint d’ailleurs la notion de service. Dans les laboratoires adaptés, on teste de nouveaux matériaux, de nouvelles molécules pour voir ce qu’on trouve. A Dunkerque par exemple, au laboratoire LPCA, on analyse la présence de molécules polluantes dans la fumée de cigarette. Le laboratoire de Chambéry IMEP-LAHC est lui spécialisé dans l’analyse des matériaux solides, et celui de Bordeaux CPMOH dans l’imagerie (En savoir plus sur le CPMOH).

Quelle est l’avantage pour les laboratoires ?

Tous ces laboratoires ont signé des contrats avec des entreprises. Par exemple, le CPMOH de Bordeaux est sous contrat avec une entreprise de agroalimentaire, qui mène des tests pour développer des dispositifs utilisant les ondes térahertz et capables d’évaluer l’humidité dans un emballage. Mais pour l’instant, la mise en place effective de ce genre de système coûte très cher, entre 200 et 400.000 euros par appareil. A l’heure actuelle, les entreprises n’ont pas suffisamment besoin de ces machines. Elles ne peuvent pas amortir les coûts d’acquisition. En bref, nous n’avons pas encore trouvé la « killer application ».

C’est ce qui empêche pour l’instant les entreprises de mettre ces dispositifs sur le marché ?

Oui, mais pas seulement. D’autres applications Térahertz ont un potentiel important, mais un degré de maturité pour l’instant insuffisant. Le spectre térahertz se situe entre 100 GHz et 4 THz, mais, à ces longueurs d’onde, le coût des composants émetteurs et récepteurs est très élevé. Le coût de réalisation d’un système qui permettrait de détecter des armes ou des explosifs est élevé, vu les fréquences utilisées, mais ce n’est pas le seul frein. Il y a une limitation technologique. Aujourd’hui, l’usage de ce type de fréquence pose un problème de puissance. On n’atteint pas des rendements suffisants. C’est à l’heure actuelle un axe de recherche important. Le niveau de sensibilité des récepteurs est également quelque chose qui pose problème.

Qu’est-ce que le « térahertz gap » ?

Pour l’instant, nous maîtrisons, en termes de rendement et d’émission, les fréquences inférieures à 120 GHz. Mais quand on travaille au-delà jusqu’à 3 ou 4 THz, des problèmes se posent, au niveau des rendements obtenus des émetteurs, de la sensibilité des récepteurs. C’est le « terahertz gap ». Mais nous sommes confiants, et le temps permettra de combler le fossé qui existe actuellement dans la maîtrise de ces différentes fréquences. Les choses avancent déjà, puisque la société L3Com, entre autres, produit des appareils de sécurité avec des ondes millimétriques (30 / 40 GHz) ce qui prouve que le marché des appareils d’imagerie existe

On parle aussi de la difficulté à créer une matrice de pixels pour les applications en imagerie.

Une matrice de pixel serait la brique requise pour réaliser une caméra THz. Des laboratoires français comme Le Leti ou encore l’IMEP-LAHC à Grenoble sont en train de mettre au point des matrices à base de micro-bollomètre, cette technologie est très prometteuse.

Qu’en est-il des recherches sur les ondes térhertz dans une grande entreprise comme Thales ?

Nos recherches s’effectuent au TRT (Thales research & technology). Nous travaillons sur la génération d’ondes térahertz. Nous savons déjà construire des lasers générant deux longueurs d’onde. On génère du térahertz par l’intermédiaire du battement entre ces deux longueurs d’onde dans un matériau semi-conducteur.

Sur quelles applications se portent vos efforts aujourd’hui ?

Nos efforts se portent sur la nécessité d’améliorer le rendement de nos émetteurs. Aujourd’hui, on reste limité à une puissance d’environ 10µW @ 1 THz. Mais c’est un axe de recherche important.Nous nous sommes aussi engagés dans un autre axe de recherche, avec Thales components & subsystems. Historiquement, Thales components & subsystems a le savoir-faire pour fabriquer des tubes de type klystron. L’activité avait été stoppée, mais elle pourrait reprendre suite au regain d’intérêt pour ces systèmes. Nous avons également des partenariats en France avec des laboratoires par exemple pour évaluer des matrices de micro-détecteurs.

Pour quels marchés ?

Les marchés de la sécurité et de la défense sont devenus très importants. Nous réalisons des démonstrateurs qui intéressent beaucoup d’entreprises, mais l’adéquation entre le niveau de maturité de la technologie térahertz et la demande du marché n’existe pas pour l’instant. Le prix par machine, pour le moment de l’ordre de 1 million de dollars, pour des fréquences entre 30 et 40 GHz, est encore beaucoup trop important pour être intéressant en termes de marché.

Ces applications peuvent donc à terme intéresser aussi bien les entreprises de sécurité que l’armée ?

Depuis les années 80, les chercheurs connaissent les ondes térahertz, et cherchent à en améliorer les dispositifs d’émission. Un grand virage s’est produit le 11 septembre 2001. Les problèmes de sécurité qui ont abouti aux attentats de New-York ont entrainé une réflexion nouvelle. Les aéroports et les lieux sensibles ont émis la volonté de se doter d’appareils capables de repérer des explosifs (et même les types d’explosifs). Aujourd’hui, on en est encore à l’établissement d’une base de données au niveau des différents matériaux détectables, mais les recherches avancent. Nous connaissons les challenges qui nous attendent : amélioration des rendements et de la sensibilité.

La portabilité des dispositifs est-elle également un enjeu majeur ?

Oui, il y a aussi un marché pour les systèmes portables, mais c’est aussi là que réside pour l’instant le « gap ». Les problématiques de puissance, de rendement sont pour l’instant trop contraignantes pour que l’on imagine des systèmes portatifs efficaces. Ce n’est qu’une question de temps cependant. Les Japonais ont réussi à faire des transmissions haut débit sur du point par point. On en est donc à trouver un compromis entre le nombre de capteurs nécessaires et la durée de détection pour développer un dispositif d’imagerie portable efficace. Mais comme le marché est important, les financements pour la recherche sont là. Les huit laboratoires réunis au sein du réseau Téranaute