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    Prix Urgel-Archambault - Des percées dans le génie électromagnétique

    12 octobre 2013 |Pierre Vallée | Actualités en société
    Christophe Caloz
    Photo: Source CRSNG Christophe Caloz
    Ce texte fait partie d'un cahier spécial.

    Le prix Urgel-Archambault est remis cette année à Christophe Caloz, chercheur et professeur à l’École polytechnique de Montréal. Cet honneur vient souligner l’excellence et la pertinence de ses travaux de recherche dans le domaine du génie électromagnétique.

     

    Jeune homme, ce n’est pas tant la science qui attire Christophe Caloz, mais plutôt la littérature et la philosophie. Pourtant, lorsqu’il entame ses études supérieures, il choisit plutôt la science. « Je me suis inscrit en science parce que je voulais compléter ma culture littéraire par une culture scientifique, raconte-t-il. De plus, je voulais acquérir un savoir-faire pratique sur lequel je pourrais m’appuyer plus tard dans la vie. La philosophie et la poésie pourraient alors devenir mes violons d’Ingres. »

     

    Dès ses premiers pas en science, il s’oriente vers le domaine des ondes électromagnétiques. « J’étais fasciné par les ondes électromagnétiques qui sont tout autour de nous. J’y trouvais quelque chose de mystérieux, voire de magique. »

     

    Il obtient d’abord son diplôme d’ingénieur électrique et le complète par un doctorat ès sciences. En 2000, il quitte sa Suisse natale pour poursuivre ses études postdoctorales au Microwave Electronics Lab de l’Université de la Californie à Los Angeles (UCLA). Quatre ans plus tard, il se retrouve à l’École polytechnique de Montréal. « Polytechnique est un peu le fruit du hasard. Mes recherches au Microwawe Lab m’avaient permis de me distinguer et, comme je me cherchais un emploi, j’avais déjà reçu quelques offres. Mais un ami rencontré par hasard m’a parlé de Polytechnique et ça m’a plu. J’ai postulé, on m’a accepté et j’y suis encore. »

     

    Titulaire d’une Chaire de recherche du Canada et de la bourse Staecie du CRSNG, Christophe Caloz axe ses recherches sur les métamatériaux, les composants électroniques non réciproques, les antennes à ondes de fuite et la radio analogique à temps réel.

     

    Les métamatériaux sont assez récents, ils datent d’une dizaine d’années. Ce sont des matériaux artificiels, donc créés de toutes pièces, qui possèdent des propriétés électromagnétiques. « Et, contrairement aux éléments ferromagnétiques naturels, dont les propriétés électromagnétiques proviennent de la structure moléculaire, les propriétés des métamatériaux proviennent uniquement de leur assemblage. » Les métamatériaux sont utiles car ils peuvent fournir des effets introuvables dans la nature, tout comme ils peuvent servir à inhiber certains effets indésirables.

     

    Pour le moment, les métamatériaux sont élaborés selon une seule échelle, que celle-ci soit millimétrique, micrométrique ou nanométrique. Les plus récents travaux de Christophe Caloz portent sur des métamatériaux multiéchelles, qui combineraient plusieurs échelles dans un même métamatériau. « Le défi est de maîtriser les interactions des différentes échelles. »

     

    Composants «non réciproques»

     

    Les composants électroniques non réciproques, présents dans le paysage électronique depuis plusieurs années, sont des composants électroniques qui laissent passer un signal dans un sens mais qui l’interdisent dans l’autre, d’où le terme « non réciproque ».

     

    « Prenons l’exemple d’un rond-point. Les voitures arrivent de toutes les directions, mais, une fois qu’elles s’y sont engagées, les conducteurs savent qu’il n’y a qu’une seule direction où aller. Malheureusement, les ondes électromagnétiques n’ont pas cette connaissance et donc ne savent pas dans quelle direction aller. » Il faut donc les guider, ce qu’on fait en polarisant les ondes grâce à un champ magnétique généré par un aimant. Le hic, c’est que les aimants sont incompatibles avec les circuits intégrés.

     

    Les composants électroniques non réciproques mis au point par Christophe Caloz, à base de métamatériaux, sont des semi-conducteurs qui ont la capacité de polariser les ondes, mais sans l’aide d’un aimant, ce qui les rend compatibles avec les circuits intégrés.

     

    Antenne à ondes de fuite

     

    Pour illustrer le fonctionnement d’une antenne à ondes de fuite, Christophe Caloz y va de cette comparaison. « Prenez un boyau d’arrosage qui serait percé de petits trous sur toute sa longueur. L’eau ne s’écoulerait pas seulement à un bout, mais fuirait tout au long du boyau. » Ainsi, l’antenne à ondes de fuite balaie l’espace avec un rayonnement électromagnétique continu et aléatoire tout au long de sa structure et dans toutes les directions.

     

    « Elle a donc l’avantage de pouvoir éviter les zones d’interférence et de repérer le meilleur signal possible. Une fois ce signal détecté, elle se verrouille sur ce dernier, mais, si celui-ci se dégrade, comme elle balaie constamment, elle en repère un meilleur et s’y verrouille à nouveau. Ainsi, c’est toujours le meilleur signal qui est détecté. » D’ailleurs, Christophe Caloz est le cofondateur de l’entreprise ScisWave, qui cherche à commercialiser cette antenne, en particulier pour son usage dans les routeurs.

     

    Si les communications sans fil aujourd’hui utilisent le spectre des micro-ondes se situant entre les fréquences de 1 à 6 GHz, ce spectre devient de plus en plus saturé, de sorte qu’il faudra bien un jour trouver un autre spectre. L’idée la plus répandue est d’utiliser des fréquences plus élevées, soit supérieures à 200 GHz. Malheureusement, ces fréquences plus élevées sont incompatibles avec la numérisation des signaux.

     

    La proposition de Christophe Caloz, et c’est le sujet de ses plus récents travaux, serait de se servir de la radio analogique à ces fréquences plus élevées. « La radio analogique servirait uniquement lors du transport du signal, celui-ci pourrait être numérisé après réception. » Il a même mis au point un dispositif, le phaseur, capable de contrôler la phase de ces signaux analogiques. « Il serait donc possible de bien contrôler tous les paramètres de ces signaux analogiques afin de s’assurer qu’ils soient de la meilleure qualité possible. »

     


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