Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada
Symbol of the Government of Canada

Liens de la barre de menu commune

Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2008

Pierre Berini

Génie électrique et physique

Université d'Ottawa


Pierre Berini
Pierre Berini

Peu de gens peuvent se servir de la lumière de la même façon que l’ingénieur électricien Pierre Berini. Quand les conditions le permettent, il peut faire voyager la lumière le long d’une surface métallique sous la forme d’une onde appelée « plasmon de surface ».

M. Berini, dont les contributions lui ont valu une Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG en 2008, travaille dans le domaine de la photonique des plasmons de surface, ou plasmonique. Cette technologie offre la possibilité de mettre au point des circuits intégrés qui fonctionnent avec la lumière plutôt qu’avec un courant électrique. Tout comme les fibres optiques peuvent transporter beaucoup plus de données que les fils électriques, les circuits plasmoniques pourraient accroître la capacité des appareils électroniques.

Les plasmons sont générés lorsque la lumière brille parfaitement le long de la bordure d’une surface métallique, mais il s’agit en général d’un phénomène très bref. Par exemple, en éclairant la bordure d’un miroir au moyen d’une lampe de poche, on produirait des plasmons se déplaçant sur moins de 10 micromètres aux longueurs d’ondes visibles avant de se dissiper. En raison de leur courte distance de déplacement, on croyait que les plasmons ne se prêtaient guère à une utilisation pratique dans les circuits (les composants habituels des circuits intégrés ont généralement une longueur d’environ un millimètre, soit 100 fois la distance que parcourt normalement un plasmon). En fait, pendant de nombreuses années, on considérait que les plasmons posaient problème, car il fallait concevoir les appareils optiques de manière à éloigner la lumière des zones métalliques pour éviter les pertes et les autres effets négatifs qu’ils causeraient.

Les idées reçues ont commencé à évoluer dans les années 1990, lorsque Pierre Berini et d’autres chercheurs ont exploré de plus près la possibilité de produire des plasmons qui pourraient parcourir des distances plus grandes. « Nous examinions différentes géométries de films métalliques pour déterminer si les plasmons ont toujours un effet nuisible, explique-t-il. Nous avons trouvé une géométrie qui permet de confiner les plasmons de surface en bande tout en leur permettant de se propager sur plusieurs centimètres. Tout à coup, ils ont une utilité en optique intégrée. Leur longueur de parcours est maintenant suffisante pour remplir toutes sortes de fonctions utiles sur une puce électronique. »

La découverte d’une géométrie « conviviale » pour les plasmons a alimenté les travaux de ce groupe de chercheurs au cours des dix dernières années, et M. Berini s’attend à ce qu’elle ait une influence décisive sur les travaux des dix prochaines années. Et il n’est pas le seul – les découvertes comme la sienne ont suscité un regain d’intérêt pour la plasmonique, comme en témoigne l’augmentation marquée du nombre d’articles et de conférences portant sur le sujet. Les progrès en nanofabrication ont par ailleurs accru les possibilités d’utilisation productive des plasmons.

Au nombre des percées réalisées par M. Berini, mentionnons l’invention des tout premiers circuits optiques utilisant le métal pour guider les ondes lumineuses. Ces dispositifs diffusent de la lumière sous forme de plasmons le long de fines bandes de métal sur un substrat, de la même façon que le courant électrique circule dans un circuit construit sur un semi-conducteur. En manipulant les plasmons, M. Berini peut accomplir plusieurs choses de façon intégrée. Jusqu’à maintenant, il a mis au point, grâce à cette technique, des filtres à longueur d’onde, des atténuateurs et des modulateurs variables et il projette d’élaborer des dispositifs comme des capteurs, des amplificateurs et des lasers plasmoniques.

La recherche dans le domaine débouche souvent sur des applications commerciales, mais Pierre Berini se démarque nettement des autres chercheurs en matière de transfert de technologie. Pour commercialiser les résultats de sa recherche, il a mis sur pied Spectalis Corp., qui a attiré un montant sans précédent de capital de risque par rapport à la plupart des sociétés issues de la recherche universitaire. En qualité d’expert-conseil, il a aidé d’autres entreprises à perfectionner leurs produits, notamment QPS Technology et Optiwave.

Malgré le potentiel commercial de ses travaux, M. Berini n’a pas conçu son programme de recherche dans le but de résoudre des problèmes industriels : « C’est simplement par curiosité que nous nous sommes penchés sur ces guides d’ondes métalliques, sans savoir s’il en résulterait quelque chose d’utile. »

Mais ces travaux ont effectivement porté des fruits, donnant lieu à la présentation de 17 demandes de brevets à ce jour. Grâce à sa Bourse Steacie, Pierre Berini a l’intention de continuer à explorer et à mettre au point des façons de faire un usage pratique des plasmons.

La biodétection s’avère l’application la plus prometteuse jusqu’à présent, car la nature même des plasmons permettra de créer des capteurs beaucoup plus sensibles que ceux dont on dispose actuellement. M. Berini espère créer une plateforme de détection assez souple pour déceler les substances biologiques, chimiques ou gazeuses dans différents milieux. L’une des difficultés à surmonter tient au fait que le capteur et son support doivent réfracter la lumière tout à fait pareillement. On y arrive assez bien pour les capteurs immergés dans l’eau ou le sang, mais les choses se corsent quand il s’agit de capteurs se trouvant dans l’air. La solution trouvée par M. Berini consiste à monter le capteur sur une membrane ultramince, dont l’épaisseur se mesure en dixièmes de nanomètres et qui est assez résistante pour le soutenir, mais assez mince pour assurer une réfraction négligeable de la lumière dans la membrane.

Et ce n’est qu’un début. En théorie, les circuits plasmoniques pourraient se révéler utiles dans toutes les applications où l’on a actuellement recours à des circuits électroniques. La fabrication de lasers est l’un des prochains buts que s’est fixé Pierre Berini, qui continue de mettre au point des matériaux, des procédés et des modèles théoriques. Il affirme que l’on pourrait en arriver à faire appel aux plasmons pour les réseaux et les appareils de communications optiques dans un avenir plus lointain.