Rien, à première vue, ne distingue ce bâtiment du campus de Gradignan de l’IUT de l’université de Bordeaux. Et pourtant, c’est ici que se dessinent de nouvelles technologies autour de la lumière. Derrière ses murs, près de 500 m² d’équipements de pointe résultant d’une mutualisation des différents laboratoires impliqués et 200 m² d’espaces de travail partagés accueillent LightTECH Bordeaux « une plateforme collaborative de recherche au service de la fabrication de composants photoniques innovants » explique son directeur Lionel Canioni, professeur de l’université de Bordeaux à l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB*).
La photonique, autrement dit l’utilisation de la lumière pour transporter ou exploiter l’information, est souvent présentée comme une révolution à venir. Une formule revient d’ailleurs régulièrement chez les spécialistes du domaine, « la photonique sera au 21^e siècle ce que l’électronique a été au 20^e siècle ». En effet, l’électronique a permis l’essor des ordinateurs, des télécommunications ou encore des smartphones, en s’appuyant sur la circulation d’électrons. La photonique, elle, repose sur les photons - des quanta ou grains de lumière - et promet des technologies plus rapides, plus précises et moins énergivores. Elle est d’ailleurs déjà bien présente au quotidien, à travers les circuits optiques pour le calcul haute performance, la fibre optique, certains capteurs ou encore des techniques d’imagerie médicale comme l’endoscopie.

Écrire dans le verre

Au LightTECH Bordeaux, cette évolution prend une forme particulière : ici, la lumière n’est pas seulement utilisée pour transmettre l’information, mais pour fabriquer les dispositifs eux-mêmes. Cela est rendu possible par « une synergie entre chimistes, chimistes des matériaux et physiciens qui s’est créée ces 15 dernières années » précise Cyril Aymonier, directeur de l’ICMCB dont le site ICMCB-LightTECH est une nouvelle antenne du laboratoire. « Environ 400 personnes travaillent dans le domaine de la photonique sur le campus bordelais, et nous avons mutualisé des moyens de plusieurs laboratoires pour créer cette plateforme » indique Lionel Canioni. À l’origine de cette dernière, dont l’installation a débuté en 2024 et qui est aujourd’hui opérationnelle, une idée simple : repenser en profondeur la manière dont on fabrique les technologies utilisant la lumière. « Mêmes si elles sont éprouvées et capables de garantir un très haut degré de miniaturisation, les approches classiques, héritées de la microélectronique, reposent sur des procédés de nanofabrication très complexes, peu agiles, et très consommateurs en ressources et en étapes de fabrication. Par ailleurs, le passage 2D à la 3D, nécessitant des empilements hétérogènes susceptibles de défiabiliser les circuits conçus, se confronte toujours à des verrous technologiques encore difficiles à lever aujourd’hui » continue le directeur de la plateforme. Les scientifiques bordelais explorent alors une voie alternative. Ici, il s’agit plutôt de construire la matière en ajoutant ou en transformant localement ses propriétés afin de créer directement les fonctions souhaitées. Leur matériau de prédilection est le verre, ou plus précisément des résines hybrides constituées à 80 % de verre, issues de travaux de thèse menés sur le campus.

« Contrairement aux idées reçues, le verre n’est pas si fragile qu’on peut le croire : c’est un matériau durable, capable de résister à des conditions extrêmes, notamment au rayonnement intense des lasers. » Sous certaines formes, comme dans les fibres optiques, il peut même se révéler très robuste. Le verre hybride, à ce stade, est comme une feuille blanche, indique l’enseignant-chercheur de l’ICMCB, Yann Petit responsable du pôle de fabrication avancée 2D-3D-4D frugale pour la photonique. C’est sur les bancs d’inscription laser que tout se joue. À l’aide de lasers ultrabrefs, les équipes modifient la matière en surface ou en profondeur, sans la retirer, mais en transformant localement ses propriétés et à très petite échelle. Le laser agit alors comme un outil d’écriture : il crée, à l’intérieur même du matériau, des structures invisibles à l’œil nu comme des chemins capables de propager la lumière, mais aussi des fonctions optiques plus complexes (guides, coupleurs…). Des micro-lentilles peuvent par exemple être directement intégrées à l’extrémité d’une fibre optique afin de contrôler la manière dont la lumière est émise ou agir en tant que capteur très sensible, voire même directement une source laser miniature. À la différence des circuits électroniques, majoritairement plans (2D), les structures développées ici peuvent être tridimensionnelles. La lumière ne circule plus à plat, mais dans tout le volume du matériau.

Accélérer le passage du laboratoire à l’application : Lab-to-Fab 

Ce volume doit toutefois être réduit : l’objectif est aussi de miniaturiser au maximum les dispositifs. C’est là qu’intervient la tour de fibrage. Installées sur deux niveaux, elle permet de chauffer et d’étirer le verre, « comme du miel », souligne Thierry Cardinal, directeur de recherche CNRS à l’ICMCB et responsable du pôle Synthèse et mise en forme des matériaux, pour donner naissance à des fibres optiques qui conservent les propriétés inscrites au préalable. Par son extrême légèreté et ses très faibles pertes du signal, la fibre optique peut désormais entrer de plus en plus dans les systèmes embarqués pour réaliser des calculs complexes au sein des datacenters voire des futures grandes installations industrielles (gigafactories).

Développer un dispositif ne suffit pas : encore faut-il s’assurer qu’il fonctionne de manière fiable dans la durée. Les scientifiques de LightTECH Bordeaux caractérisent finement les propriétés de leurs objets et les éprouvent pour prédire leur fiabilité en conditions réelles. L’intelligence artificielle joue également ici un rôle central. Elle permet d’analyser les données issues des expériences, de relier les paramètres de fabrication aux performances observées et d’optimiser les procédés, accélérant ainsi le passage du laboratoire à l’application. C’est précisément l’ambition de la plateforme : créer un continuum technologique, de l’élaboration des matériaux à la réalisation de dispositifs fonctionnels, en faisant le lien entre recherche académique et besoins industriels.
Pour cela, le LightTECH Bordeaux s’appuie sur les expertises complémentaires de trois laboratoires du campus bordelais : l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB¹), spécialisé dans les matériaux, l’Institut des sciences moléculaires (ISM¹), dédié à l’étude des interactions entre lumière et matière et le laboratoire de l’Intégration du matériau au système (IMS¹), centré sur l’intégration des dispositifs et leur fiabilité. Il s’appuie également sur le savoir-faire du Centre lasers intenses et applications (CELIA²) pour la mise en œuvre des lasers ultrarapides et la maîtrise de l’interaction laser-matière et échange actuellement avec des chercheurs d’autres laboratoires du campus bordelais sur des problématiques concrètes de fabrication ou d’interconnexion à l’image du Centre d'innovation pour les technologies quantiques (NAQUIDIS).
Concrètement, l’ensemble expérimental est réparti entre plusieurs espaces, le tout dans un environnement propre contrôlé en température, humidité et pression : trois salles laser dotées de 12 tables optiques, indispensables pour aligner les lasers avec une précision extrême, fabriquer mais aussi tester les structures, quatre salles de chimie pour la synthèse et la préparation des matériaux et notamment des verres hybrides, ainsi que deux tours de fibrage pour la fabrication de fibres optiques. La plateforme permet à la communauté recherche dans son ensemble de travailler de manière coordonnée. Elle ambitionne également d’accueillir des start-ups et PME du domaine pour les aider à accélérer leurs travaux R&D en mode collaboratif.

De la cautérisation à la datation jusqu’à la détection de polluants

Pour quelles applications ? Elles sont nombreuses et couvrent des domaines variés. Dans le domaine médical, par exemple, des fibres biocompatibles et multimatériaux permettent de réaliser des gestes précis comme la cautérisation. En combinant matériaux avancés, lasers ultra-précis et capteurs optiques, la photonique permet de produire et de contrôler une lumière proche infrarouge capable de pénétrer profondément dans les tissus. Cette approche ouvre la voie à des dispositifs plus précis, moins invasifs et plus efficaces, en imagerie par exemple. Les équipes travaillent aussi avec des archéologues du laboratoire Archéosciences Bordeaux³ pour analyser des objets anciens. Plusieurs techniques peuvent être utilisées sur un même point, afin d’obtenir une analyse précise et non destructive et croiser les informations obtenues pour mieux comprendre sa composition et son histoire.
Ces technologies photoniques permettent aussi d’intégrer des guides de lumière déposés directement sur des surfaces, comme des carrosseries automobiles ou des structures aéronautiques, afin de suivre leur état en temps réel. Elles trouvent également des applications dans des environnements extrêmes, comme la fusion nucléaire, ou dans des milieux confinés et difficiles d’accès. En effet, en modifiant localement la matière grâce au laser, les équipes de recherche du LightTECH Bordeaux développent des dispositifs hybrides combinant plusieurs fonctions au sein d’un même objet. Il devient ainsi possible d’intégrer à la fois un fil électrique et un guide optique, explique Yannnick Petit, pour piloter un système et analyser en temps réel ce qui s’y passe. Dans certains cas, une petite décharge peut être générée pour créer localement un plasma au bout d’une fibre optique, dont la lumière émise est ensuite captée et analysée afin d’identifier la composition d’un gaz ou d’un liquide. Ces dispositifs photoniques, compacts et intégrés, permettent de réaliser des mesures directement sur site, sans nécessité de déployer une instrumentation lourde. L’électronique n’est donc pas pour autant absente de ces innovations en photonique : elle reste essentielle pour piloter les dispositifs, traiter les signaux et exploiter les données produites. Un autre exemple concret, cité par Lionel Canioni, concerne le suivi de la qualité de l’eau. Aujourd’hui, des capteurs optiques permettent déjà de surveiller les réseaux en temps réel. Les recherches en cours visent à aller encore plus loin, en exploitant les propriétés les plus fines de la lumière pour détecter des quantités infimes de polluants (métaux lourds par exemple), dans des dispositifs toujours plus miniaturisés et implantables au plus près des sources de pollution.

Less is more

Au-delà de la recherche, LightTECH Bordeaux se positionne aussi comme une véritable plateforme de formation. Elle est étroitement liée à l’École universitaire de recherche Light S&T, dédiée à la formation par la recherche, ainsi qu’au Grand Programme de recherche (GPR) LIGHT de l’université de Bordeaux, qui rassemble une grande partie des doctorants et post-doctorants du domaine. Installée sur le site de l’IUT, LightTECH Bordeaux accueille également des étudiants dans le cadre de projets tuteurés ou de stages de fin d’études. L’objectif : être attracteur de jeunes talents, les former aux technologies photoniques et susciter des vocations dans un secteur en plein essor et stratégique pour une souveraineté nationale.
Cette articulation entre recherche, formation et innovation s’appuie sur des moyens structurants. Les équipements mutualisés des différents laboratoires représentent aujourd’hui près de 4 millions d'euros d’investissements, mobilisant environ 25 personnes issues de l’ICMCB, de l’ISM et de l’IMS, avec une volonté forte d’ouverture à d’autres laboratoires et structures du campus et au tissu industriel.
Cette dynamique se traduit déjà par des collaborations académiques et industrielles en cours ou en construction à différentes échelles. À l’échelle régionale, des liens se développent notamment avec le centre NAQUIDIS, deux laboratoires de recherche de Limoges (XLim et l'Institut de recherche sur les céramiques) et le Centre de transfert des technologies céramiques ou encore la société ARGOLIGHT de Pessac. Au niveau national, la plateforme collabore entre autres avec l’Institut d'optique graduate school (IOFS), le centre de recherche et technologie spécialisé dans les micro et nanotechnologies (CEA-Leti) à Grenoble, le laboratoire de recherche industrielle GIE III-V Lab. s’inscrit dans plusieurs dynamiques portées par les Programmes et équipements prioritaires de recherche (PEPR), qui structurent les grandes priorités scientifiques françaises, notamment autour de l’électronique, des réseaux du futur, des technologies quantiques ou encore des matériaux, souligne Laurent Béchou, professeur au laboratoire IMS, directeur adjoint et en charge des partenariats. À l’international enfin, des coopérations de longues dates sont engagées avec des universités au Québec (Laval et Sherbrooke) et au Brésil, renforçant l’ancrage de la plateforme dans des réseaux scientifiques élargis.
LightTECH Bordeaux propose une alternative aux technologies conventionnelles, avec une approche plus sobre et plus flexible, qui ouvre la voie à de nouvelles générations de dispositifs photoniques. Une philosophie résumée par ses équipes en quelques mots : faire moins, mais mieux. Less is more. 

¹unité Bordeaux INP, CNRS, et université de Bordeaux
²unité CEA, CNRS et université de Bordeaux
³unité CNRS et université Bordeaux Montaigne