La puissance de la photonique : de l'agriculture verticale à l'informatique quantique

Quelle industrie emploie deux fois plus de personnes au Royaume-Uni que l'industrie pharmaceutique et plus que les secteurs de l'espace ou de la "fintech" ? La réponse est la photonique, selon le Groupe de leadership en photonique (PLG) – une association professionnelle représentant plus de 120 membres dans le domaine. Depuis quelques années, il traque et collationne toutes les myriades d'applications des technologies optiques ou photoniques. Ce n'est pas une tâche facile étant donné que la plupart proviennent de centaines de petites et moyennes entreprises. 

Selon le PLG Photonique britannique 2035 rapport, quelque 76 000 personnes sont employées dans l'industrie de la photonique dans 1200 14.5 entreprises dans toutes les régions du Royaume-Uni, générant 85 milliards de livres sterling de chiffre d'affaires chaque année. Avec une valeur ajoutée brute à l'économie de 000 20 £ par employé, la photonique est le cinquième secteur manufacturier britannique le plus productif, indique le rapport. Les universités britanniques, affirme-t-il, sont des leaders mondiaux dans le domaine, avec environ XNUMX % des publications mondiales en photonique provenant du Royaume-Uni.

De plus, le PLG estime que la photonique pourrait devenir une industrie de 50 milliards de livres sterling pour le Royaume-Uni et générer 100 000 emplois directs supplémentaires d'ici 2035. comme l'énergie, les soins de santé et les transports propres aux côtés d'investisseurs du secteur privé », a déclaré le directeur général de PLG, John Lincoln. En effet, le groupe estime qu'environ 60 % de l'économie britannique dépendra directement de la photonique à l'avenir.

Le PLG a fait un excellent travail de sensibilisation à la photonique et de représentation de ses membres – dont beaucoup ne sont pas assez grands pour influencer les gouvernements et les investisseurs comme le peuvent les grandes entreprises pharmaceutiques et de défense. Mais la photonique est extrêmement importante, exploitant la lumière pour tout, du diagnostic des maladies et de la chirurgie au laser aux télécommunications et à la fabrication de pointe. La photonique est essentielle pour que les produits et les services apportent de la valeur aux consommateurs et à l'industrie.

Selon le Réseau européen Photonics21, le marché mondial de la photonique valait 650 milliards d'euros en 2020, mais ce sont les choses que la photonique permet lorsqu'elles sont combinées dans des produits qui sont incroyables. Pensez aux capteurs CCD et aux objectifs des smartphones ou à la façon dont les capteurs optiques, la technologie des caméras et le LIDAR permettent aux véhicules autonomes. Un rapport du SPIE en 2020 estime que le type de marchés que la photonique permet est vraiment stupéfiant de 2 XNUMX milliards de dollars dans le monde.

Le pouvoir de la lumière

Alors, quel genre de valeur la photonique offre-t-elle et quelles sortes de choses font les entreprises de photonique ? L'application la plus évidente est celle des communications par fibre optique, qui a rétréci le monde au cours des 50 dernières années, sans aucun signe de ralentissement des progrès. Des débits de données pétabits ont été atteints il y a quelques années, alors qu'en 2017, Corning avait expédié plus d'un milliard de kilomètres de fibre. D'ici 2035, les lasers intra-satellites permettront régulièrement aux constellations de satellites en orbite terrestre basse de fournir un accès Internet haut débit à travers le monde, même dans les endroits les plus reculés.

Dans la fabrication, la photonique permet la découpe, l'assemblage, le marquage, la texturation et l'impression 3D numériques de matériaux, en particulier de métaux. Parallèlement, grâce à la vision artificielle, la photonique contribue aux systèmes automatisés et robotisés tels que la découpe et le soudage au laser. En effet, le traitement industriel des matériaux représente environ un tiers du marché mondial des lasers d'environ 11 milliards de livres sterling.

Ensuite, il y a «l'agriculture verticale», dans laquelle les cultures sont cultivées en couches empilées dans des conditions contrôlées. Les diodes électroluminescentes spectralement optimisées peuvent à la fois optimiser la croissance des plantes et  réduire l'évaporation des plantes, ce qui signifie qu'elles nécessitent beaucoup moins d'eau que si elles étaient cultivées à l'extérieur. L'agriculture verticale élimine également les pesticides.

La photonique est extrêmement importante, exploitant la lumière pour tout, du diagnostic des maladies et de la chirurgie au laser aux télécommunications et à la fabrication de pointe

La science fondamentale, bien sûr, dépend de la photonique, qu'il s'agisse d'accélérateurs de particules, de télescopes ou de détecteurs d'ondes gravitationnelles. En effet, plus de la moitié des prix Nobel de physique décernés au cours des dernières années 25 ont été soit liés à des découvertes en photonique, soit ont utilisé la photonique comme outil.

Et n'oubliez pas tout le monde de l'informatique quantique, des communications et de la cryptographie, qui est soit directement basé sur la photonique, soit nécessite la photonique pour fonctionner. C'est une industrie qui commence vraiment à décoller. L'entreprise basée à Londres Orca, Qui a remporté un prix de création d'entreprise de l'Institute of Physics en 2020, vient de vendre son premier ordinateur quantique au ministère britannique de la Défense.

Avantages concrets

La photonique aide également le monde à atteindre le zéro net grâce à des cellules solaires photovoltaïques très efficaces, tandis que le LIDAR avancé - combiné à la simulation informatique - peut augmenter la production des parcs éoliens. Les estimations de PLG suggèrent que la photonique augmentera l'efficacité des éoliennes nouvelles et existantes de 1.5 à 2 %. Avec peu de coûts supplémentaires, cela fournira une capacité de production supplémentaire de 15 GW dans le monde d'ici 2035, ce qui permettra d'économiser plus de 100 milliards de livres sterling (environ l'équivalent de cinq centrales nucléaires Hinkley Point C).

La lumière est également vitale en médecine. Il y a la chirurgie correctrice des yeux au laser, alors que même les opticiens de rue utilisent de nos jours une vaste gamme d'outils photoniques. Lors d'un récent test de la vue dans ma succursale locale de Specsavers, j'ai discuté avec mon opticien, qui ne semblait pas en savoir beaucoup sur la physique derrière le système de tomographie par cohérence optique (OCT) qu'il utilisait, mais a été époustouflé par les images il peut voir. En imageant l'arrière de l'œil à différentes profondeurs, les opticiens peuvent utiliser les OCT pour détecter en toute sécurité une gamme de problèmes de santé et de vision, souvent avant qu'ils ne deviennent graves.

La fibre optique, les amplificateurs optiques et les horodatages traçables par horloge atomique sont tous des inventions britanniques. Les communications quantiques sécurisées sont lancées au Royaume-Uni. En fait, je dirais que la Grande-Bretagne est particulièrement bien placée pour être au cœur de la prochaine révolution sécurisée des télécommunications de confiance dans les réseaux 5G et 6G – et au-delà. Selon le PLG, d'ici 2035, le Royaume-Uni sera à nouveau un fournisseur mondial d'infrastructures de communication critiques.

Tout ce que je peux dire, c'est que si vous ne connaissiez pas déjà la photonique, j'espère que vous le savez maintenant.