À la recherche de l'invisible

Mini expo : Une série de galeries artistiques, esthétiques, patrimoniales et scientifiques pour découvrir le monde autrement. Les scientifiques se transforment en chargé·es d’expositions et partagent en images les coulisses de la recherche.

Voir ce qui échappe au regard

PICSONDE, un projet de recherche à l’échelle du picomètre

Dans l’industrie, une machine ne tombe généralement pas en panne du jour au lendemain. Avant qu’une pièce ne casse et qu’un équipement ne cesse de fonctionner, d’infimes changements apparaissent. Les vibrations de la machine évoluent. Détecter ces changements permet d’anticiper les dysfonctionnements et d’intervenir à temps. 

C’est l’objectif du projet ANR PICSONDE (Circuit Intégré Photonique couplé à un Système sur Puce pour un capteur de déplacement sub-picométrique) : développer un capteur (composé d'un laser et d'une puce) capable de mesurer, avec une grande précision, les vibrations d’une machine pour suivre son état au cours du temps. À terme, cette technologie pourrait être utilisée pour faire de la « maintenance prédictive » : surveiller les équipements industriels, optimiser leur entretien et prolonger leur durée de vie. 

Les chercheur·es utilisent une technique appelée interférométrie à rétro-injection optique. Lorsqu’un faisceau laser est dirigé vers une cible, une partie de la lumière est absorbée par l’objet et l’autre partie est réfléchie et revient vers la source lumineuse (par exemple, un miroir est un objet qui va totalement réfléchir la lumière – c’est pour cela que l’on peut voir notre reflet). En analysant l’interférence générée par la lumière réfléchie lorsqu’elle rencontre la lumière d’origine (lorsque les deux faisceaux lumineux se superposent), il est possible de mesurer les vibrations, même très faibles, de la cible.

L’ambition du projet est impressionnante : atteindre une précision de mesure de l’ordre du picomètre, soit un millième de milliardième de mètre. C’est près de cinquante mille fois plus petit que l’épaisseur d’un cheveu humain !

Pour atteindre cette précision, le capteur contient une puce photonique, l’équivalent optique d’un circuit électronique, qui utilise la lumière plutôt que les électrons pour traiter et transformer l’information. À l’intérieur de cette puce, la lumière circule dans un réseau de guides optiques microscopiques (composés de verre et qui permettent la propagation de la lumière avec de faibles pertes) et est guidée, filtrée ou réfléchie par de nombreux composants photoniques qui contrôlent précisément sa propagation. La puce, d’environ un centimètre carré, est compacte, stable et donc moins sensible aux perturbations extérieures qui peuvent fausser les mesures.

Voici une photographie d’une ancienne puce photonique tenue par Mohamad Syahadi, doctorant au LAAS-CNRS (laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes), dans sa main. Avec l'ajout d'un élément matériel sur la photo (un principe que l'on retrouve sur une partie de la production artistique de Sara pour ce projet), ici des lamelles à microscope en verre, Sara couvre le cliché initial et rappelle l'impossibilité d'observer les circuits de la puce sans microscope ou bien d'accéder à certains espaces au sein du LAAS-CNRS.  

« Être de l’autre côté de la glace »

La fabrication de ces puces photoniques n'est pas sans contraintes : il faut éviter toute contamination par la poussière. Ces manipulations sont réalisées dans des salles dites « blanches » avec des conditions strictement contrôlées : l’air y est continuellement filtré, la pression est régulée pour limiter l’entrée de particules, certaines manipulations sont réalisées sous des hottes aspirantes et les chercheur·es portent des équipements de protection spécifiques pour préserver la propreté des dispositifs fabriqués. Impossible pour Sara de circuler librement avec son appareil photo dans ces espaces. 

Ces contraintes, Sara en fait un point de départ. Une partie de son travail est réalisée depuis l’extérieur des laboratoires, à travers les vitres et hublots teintés qui isolent les salles blanches – « de l’autre côté de la glace ». 

Sur cette photo prise à travers le hublot de la porte, on peut observer le reflet de la chaise d’un·e scientifique sur la vitre de la hotte. « Cela donne un côté inaccessible et pourtant très proche à la fois, un mélange entre la science et la fiction », raconte Sara. Cette distance nourrit l’imagination – on s’imagine ce qu’il se passe dans le laboratoire. L’artiste rapproche cette expérience de la théorie de l’inframince – tenter de représenter, à travers une image, ce que l’on ne voit pas. Ici, le travail des chercheur·es à travers la présence de la chaise. 

Une lumière qui ne peut être vue

Le personnage principal du projet PICSONDE, c’est la lumière, tout comme celui du travail de photographe. Un personnage qui, dans les deux cas, n’est pas directement visible : il faut que la lumière rencontre de la matière pour qu’on puisse la voir. Comment représenter ce qui ne peut être observé directement ? 

Sara choisit la photographie argentique comme outil d’exploration. Face au dispositif expérimental à taille humaine utilisé par les chercheur·es pour tester le fonctionnement de la puce photonique, elle réalise une série d’images avec un laser rouge et des films argentiques sensibles à l’infrarouge qu’elle fait tourner et « danser » autour de la table d'expérimentation.

La lumière laisse son empreinte sur le film en capturant et imprimant son repli sur lui-même. La photographie, ici, devient moins une représentation qu’un enregistrement direct des interactions entre la lumière,                                                                 le film argentique et l’expérimentation des scientifiques.

La lumière comme matière commune

La lumière pour capturer l’instant 

La lumière est centrale dans cette rencontre art et science. Dans PICSONDE, elle transporte des informations pour permettre de mesurer l’état d’une machine. Dans le travail de Sara, la lumière devient une matière à part entière. « Je m’intéresse à la phénoménologie de la lumière, à la manière dont elle se présente et se comporte », explique Sara. 

Afin de rendre visible et palpable le travail expérimental, Sara choisit de réaliser des hologrammes. Cette technique photographique permet d’enregistrer une image d’un objet en trois dimensions sur une plaque de verre sensible à la lumière laser. 

Le processus est particulièrement délicat, à tel point que Sara a mis en place un protocole spécifique : dans l’obscurité totale, l’artiste installe l’objet à capturer, la plaque de verre et le laser. Le moindre déplacement d’un élément peut compromettre le résultat. Pendant plusieurs secondes, le dispositif doit rester immobile. 

Les hologrammes permettent de conserver une trace des dispositifs expérimentaux – comme ici des vis, mais aussi des câbles ou composants optiques – et deviennent de réelles archives de la recherche. 

La lumière pour graver

Parmi les objets que Sara découvre dans les laboratoires du LAAS-CNRS, un la fascine directement : le wafer. Cette fine plaque de silicium (élément chimique minéral) constitue le support sur lequel est fabriqué la puce photonique. « Avec cet objet, j’avais de l’or entre les mains. » À première vue, le wafer ressemble à un simple miroir. Pourtant, de très légères variations d’épaisseur suffisent à modifier les couleurs reflétées et donc observées à la surface. Ce qui intrigue la photographe, c’est que ces couleurs ne sont pas produites par des pigments ou des réactions chimiques, mais par l’interaction entre la lumière et la matière. 

Pour fabriquer les circuits sur la puce, l'équipe de PICSONDE utilise une technique de lithographie (gravure) – l'impression d’un masque sur un support. Une résine sensible aux électrons est d’abord déposée sur le wafer, puis exposée à un très fin faisceau d’électrons qui dessine les motifs du circuit. Après développement chimique, ou révélation (comme pour une pellicule argentique), certaines zones de la résine sont retirées tandis que d’autres sont conservées, faisant apparaître le motif qui sera transféré dans le matériau. 

« Quand j’ai observé leur manipulation pour la première fois, je leur ai dit : vous faites de la photographie. » Dans les deux cas, la lumière inscrit une information sur une surface. C’est cette manipulation qui est prise en photo par l’artiste. La photographie est ici retravaillée avec une technique d’impression qui s’apparente à de la gravure : la risographie. Chaque couleur de la photo est séparée sous forme de calque avant d’être assemblée pour créer l’image désirée. 

La lumière pour créer

Au fil de son exploration au LAAS-CNRS, Sara découvre qu’il n’est pas toujours possible de maîtriser la lumière. L’orientation d’un hologramme modifie les formes visibles. L’épaisseur d’un wafer transforme les couleurs perçues. Certaines images prises par Sara mettent en lumière cette imprévisibilité. 

C’est notamment le cas de cette image qui associe une photographie argentique d’un miroir semi-transparent utilisé dans le dispositif expérimental et un hologramme. Les formes fantasmagoriques qui apparaissent rapprochent la science de la fiction et donne une autre représentation de l’expérimentation. 

La lumière est un terrain d’expérimentation commun : les chercheur·es tentent de la contrôler et de la guider, alors que Sara accepte et utilise ses écarts et ses surprises pour produire de nouvelles images.

Préserver les traces du temps

PICSONDE ou comment lutter contre l’obsolescence

Le projet PICSONDE trouve son origine dans une question : comment prolonger la durée de vie des machines ? Aujourd’hui, de nombreux systèmes industriels reposent sur des stratégies de « maintenance préventive ». Les pièces sont remplacées à intervalles réguliers, qu’elles soient usées ou non. La « maintenance prédictive » propose une autre approche. Grâce à des capteurs capables de surveiller en continu l’état réel d’une machine, il devient possible d’intervenir uniquement lorsque cela est nécessaire.

Le capteur développé présente plusieurs avantages. Sans contact physique avec la structure contrôlée, il peut être utilisé sur des pièces difficiles d’accès, légères, chaudes ou sensibles. Sa miniaturisation permet de réduire les coûts de fabrication et de faciliter son déploiement à grande échelle. 

Les applications potentielles dépassent largement le cadre industriel. Les capteurs pourraient contribuer à la surveillance des éoliennes, au contrôle en temps réel des robots d’usine ou encore à la création de capteurs biomédicaux pour détecter la présence des molécules dans de tout petits volumes. 

Sara, un travail multi supports contre l’obsolescence

À l’heure où la photographie est majoritairement numérique, l’artiste choisit de travailler avec des techniques parfois considérées comme obsolètes : photographie argentique, diapositives, hologrammes ou encore risographie. Ce choix naît de l’envie de redonner une matérialité à l’image. 

Pendant ses visites au LAAS, Sara récupère notamment des wafers usagés découverts… dans les poubelles ! Elle les découpe et comme ici, les intègre dans des diapositives – un réel travail d’archivage d’objets scientifiques. Sur un fond de four expérimental destiné à la croissance des cristaux de silicium sur les wafers, Sara réalise ici une réelle mise en abyme de cette manipulation. 

Là où PICSONDE cherche à prévenir l’obsolescence des machines à l’aide de nouvelles technologies de pointe, Sara propose des processus photographiques plus anciens pour archiver ce savoir-faire en construction.

« Le travail avec Sara a été intéressant car la vision qu’elle apporte est relativement différente : une vision esthétique », conclut Olivier Bernal, chercheur impliqué dans le projet PICSONDE qui a travaillé avec Sara. À travers ses photographies, ses hologrammes et ses expérimentations lumineuses, Sara montre ce qui entoure la recherche et n’est habituellement pas montré : les gestes, les contraintes, les matériaux et parfois même les imaginaires, afin de rendre perceptible ce qui échappe habituellement à notre regard.

Derrière ce contenu, on retrouve :

Olivier Bernal est enseignant-chercheur en physique à l’Université de Toulouse, au sein du laboratoire LAAS-CNRS - Laboratoire d’analyse et d'architecture des systèmes (CNRS, Université de Toulouse, INSA, Toulouse INP, Université Toulouse – Jean Jaurès, Université Toulouse Capitole). Il est membre de l'équipe Capteurs optiques et systèmes intégrés intelligents - OASIS.

Mohamad Syahadi est doctorant Toulouse INP en physique, au sein du laboratoire LAAS-CNRS - Laboratoire d’analyse et d'architecture des systèmes (CNRS, Université de Toulouse, INSA, Toulouse INP, Université Toulouse – Jean Jaurès, Université Toulouse Capitole). Il est membre de l'équipe Capteurs optiques et systèmes intégrés intelligents - OASIS.

Sara Bensaltana est une artiste photographe et plasticienne qui propose des objets hybrides entre photographie et artefact expérimental.

Aller plus loin :

• « Faire de la photographie vivante - Sara Bensaltana », Quai des Savoirs, 2025

Mini expo est une série Exploreur - Communauté d’universités et établissements de Toulouse (Comue). Journaliste : Eva Bouloux. Visuel de Une : Eva Bouloux, à partir des photographies de Sara Bensaltana. Conception et suivi éditorial : Eva Bouloux et Clara Mauler. Le projet de recherche ANR PICSONDE et cette résidence art-science ont été réalisés dans le cadre du projet Science Avec et Pour la Société « CONNECTS » porté par la Communauté d’universités et établissement de Toulouse.