Une horloge atomique de poche construite autour d’une fibre optique renfermant du césium ou du rubidium, qui ne dérive que d’une milliseconde sur une durée de 1000 ans : pour cet ambitieux projet technologique, la deeptech Glophotonics a reçu un Prix de l’innovation lors du CES 2023, organisé à Las Vegas début janvier.
« Notre fibre optique devient un support dans laquelle on peut injecter des vapeurs atomiques dont les transitions électroniques [le passage d'un électron d'un niveau d'énergie à un autre, ndlr] produisent l’émission d’un signal électromagnétique très stable par excitation laser, détaille Jean Sauvage-Vincent, président de cette entreprise limousine. C'est cela la grande innovation : encapsuler ces gaz dans une fibre pour générer un tel signal. »
Un signal si stable dans le temps qu’il peut servir de référentiel à une horloge atomique. Quant aux fibres évoquées, il s’agit de fibres à cœur creux, aussi appelées fibres à cœur photonique. Elles se distinguent des fibres ordinaires en silice, à cœur plein, par leur microstructure interne faite de capillaires creux.
De cette microstructure découlent des propriétés optiques intéressantes, comme le guidage d’un signal lumineux de forte puissance pouvant se propager dans l’air enfermé dans ces micro-tubes.
Une horloge atomique transportable et facilement intégrable
Ces fibres peuvent aussi être remplies de n’importe quel gaz, indique Jean-Sauvage Vincent, du moment que celui-ci n’interagit pas avec la silice : « On peut alors étudier les interactions entre ces gaz et une lumière de longueurs d’onde et de puissances très diverses. »
Directeur de recherche au CNRS et directeur technique de Glophotonics, Fetah Benabid est présenté par l’association professionnelle IEEE comme l’un des pionniers de ces fibres à cœur photonique, alors qu’il travaillait à l’université de Bath. C’est là-bas, en Angleterre, qu’il fonde Glophotonics en 2008, avant que celle-ci ne prenne ses quartiers à Limoges en 2011 et ne débute ses activités commerciales deux ans plus tard.
Ces fibres optiques à part constitueront donc le cœur de la future horloge atomique de Glophotonics. « Le dispositif ne pèsera que quelques grammes et sera de dimensions extrêmement réduites, la fibre pouvant en plus être courbée, précise Jean Sauvage-Vincent. Ce sera une horloge atomique transportable et très intégrable, pouvant être facilement couplée à un système photonique. »
L’horloge atomique en question, nommée PMCAC (photonic microcell atomic clock), ne devrait toutefois pas être opérationnelle avant deux ans. Le temps pour Glophotonics d’attirer des partenaires technologiques, pour développer la partie électronique, et financiers. Le but avoué de ce déplacement au CES était justement la recherche d’investisseurs.
Les applications potentielles se situent dans les télécoms ou la géolocalisation, qui requièrent un « étalon-temps » ultra-précis et rigoureux. La deeptech admet que les Etats-Unis ont pris beaucoup d’avance, citant Microsemi et son horloge atomique sur puce, fabriquée dès 2011.
En Europe, le programme MacQsimal, clos en juillet 2022, a accompagné la mise au point d’une horloge atomique miniature par le laboratoire temps-fréquence de Neuchâtel. La société Orolia, acquise cet été par Safran, doit en assurer la commercialisation.
Un projet de casque pour l'imagerie cérébrale
L'horloge atomique de Glophotonics n’en est pas encore là mais ses fibres optiques chargées de gaz trouvent déjà preneurs dans les laboratoires. « On a commencé à vendre des fibres remplies de rubidium ou d’acétylène sur le marché des étalons de fréquence, confie Jean Sauvage-Vincent. Elles permettent de verrouiller un laser sur une fréquence donnée. »
La deeptech envisage un autre débouché : la magnétométrie. « On pourrait détecter de très faibles fluctuations magnétiques », indique Jean Sauvage-Vincent, qui imagine des casques nappés de fibres optiques à des fins d’imagerie cérébrale, beaucoup moins coûteux et volumineux qu’une machine à IRM standard. Glophotonics a répondu à un appel à projet européen dans ce sens.
