Fête de la Science 2015

Communiquer ou simuler des vagues avec un laser dans une fibre optique

 

Guy Millot, Professeur de physique à l'Université de Bourgogne, responsable de l'équipe Soliton au sein du Laboratoire interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

A l’invitation de la SFEN  Bourgogne et de Sauvons le climat, Guy Millot responsable de l’équipe « Soliton, lasers et communications optiques » (SLCO) au sein du laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) a donné une conférence sur ce thème, le 8 Octobre dans l’amphi studio-Internet d’Agrosup à Dijon.

Qu’est-ce qu’un laser ? Un laser est une cavité optique constituée de deux miroirs, dont au moins l’un est semi-réfléchissant ; une partie de la lumière sort de la cavité et l’autre partie est réinjectée vers l’intérieur de la cavité laser. Son principe repose sur l’effet d’émission stimulée découvert par Einstein en 1917. Ce faisceau est unidirectionnel et peut se propager sur une longue distance, intense, monochromatique et cohérent c'est-à-dire que les ondes émises sont en phase.

Pourquoi utiliser la lumière pour communiquer ? Les communications optiques autorisent des débits 20 000 fois supérieurs à ceux des liaisons micro-ondes par satellites.

Comment guider la lumière ? Comme dans une fontaine lumineuse, la lumière est piégée par l’eau. La fibre optique a le même rôle, constituée d’un cœur en verre de 10µm recouvert d’une gaine optique de 125µm, le tout dans un revêtement de protection. Ceci assure de très faibles pertes, sous un faible encombrement. La fibre optique est insensible aux parasites électromagnétiques très présents dans notre environnement.

Guy Millot a développé ensuite les différents obstacles à une bonne propagation comme la dispersion et la non linéarité : « la non linéarité est liée au fait que la vitesse de propagation des impulsions dépend de l’intensité ; car l’indice de réfraction dépend de la longueur d’onde et de l’intensité de l’impulsion (effet Kerr). Les différentes couleurs ne se propagent pas à la même vitesse. L’impulsion va se déformer comme une vague qui arrive sur la plage. Ceci peut amener un brouillage dans l’information si deux impulsions se superposent. Pour y remédier la dispersion est compensée par mise bout à bout de sections de fibres à dispersion opposée »

Un débit de 160Gb/s permet la transmission simultanée de 2,5 millions de liaisons téléphoniques et 1600 canaux télévision numérique à haute résolution.

Une solution pour augmenter ces débits : utiliser le Soliton, ce cadeau de la nature, cette onde se propage sans déformation et conserve ses caractéristiques (forme et vitesse) après collision avec un autre soliton. Ce serait un bit de propagation idéal se propageant sur des milliers de km sans déformation.

Il existe sous forme de mascarets, de tsunamis. John Scott l’a observé sur un canal en 1834 et Henri Bazin a réalisé un soliton dans une dérivation du canal de Bourgogne derrière le parc de la Colombière en 1863.

Guy Millot « Au laboratoire, nous créons des solitons dans un canal de 18 m de long grâce à un système d’écluse qui génère des vagues à l’une des extrémités du canal. Nous pouvons ainsi créer un premier soliton qui, après réflexion à l’extrémité opposée du canal, va entrer en collision avec un second soliton. Nous pouvons ainsi constater qu’au point de rencontre les solitons ne se déforment pas. Grâce à un laser il est possible de mimer des vagues scélérates comme la vague Draupner  survenue en 1995 sur une plateforme pétrolière et atteignant 25 m de haut parmi des vagues normales de 6 à 7 m. »

Le laser a révolutionné le monde technologique par ses nombreuses applications : microscope optique, médecine, industrie, caractérisation de la matière sur Mars (Rover curiosity)… « Nous entrons dans l’ère optique qui va remplacer progressivement l’ère électronique »

De nombreuses questions des étudiants dans l’amphi ou par Internet ont enrichi le débat qui a suivi.

                                                                                              Anne-Marie Goube

 

La conférence est disponible sur le site de l’EDUTER à l’adresse suivante :

http://www.canal-eduter.fr/videos/detail-video/video/fete-de-la-science-2015.html

 

Informations supplémentaires