Par Pesach Benson • 9 septembre 2025
Jérusalem, 9 septembre 2025 (TPS-IL) — Des scientifiques en Israël ont développé une méthode révolutionnaire pour plier des feuilles de verre en structures tridimensionnelles microscopiques directement sur une puce, un processus qu’ils appellent « origami photonique », a annoncé l’Université de Tel Aviv mardi. La technique, qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles générations de dispositifs de traitement des données, de détection et de physique expérimentale, permet de façonner le verre en composants optiques ultra-lisses et performants à une échelle auparavant jugée inatteignable.
« Les imprimantes 3D existantes produisent des structures 3D rugueuses qui ne sont pas optiquement uniformes et ne peuvent donc pas être utilisées pour des optiques haute performance », a déclaré le professeur Tal Carmon, qui a dirigé la recherche à l’École de génie électrique de la Faculté de génie Fleischman de l’Université de Tel Aviv. « En imitant la manière dont les écailles d’une pomme de pin se courbent vers l’extérieur pour libérer les graines, notre technique induite par laser déclenche un pliage précis dans des feuilles de verre ultra-fines et peut être utilisée pour créer des dispositifs microphotiques 3D hautement transparents et ultra-lisses pour une variété d’applications. »
D’après l’étude, le processus de pliage induit par laser de l’équipe a produit des structures en verre allant jusqu’à 3 millimètres de long et seulement 0,5 micron d’épaisseur—environ 200 fois plus mince qu’un cheveu humain. Les chercheurs ont réussi à façonner le verre en hélices ainsi qu’en miroirs concaves et convexes, atteignant des surfaces si lisses—moins d’un nanomètre de variation—que la lumière se réfléchissait sans distorsion. Les résultats ont été publiés dans la revue à comité de lecture Optica.
« Tout comme les grandes imprimantes 3D peuvent fabriquer presque n’importe quel objet domestique, l’origami photonique pourrait permettre une variété de petits dispositifs optiques », a déclaré Carmon. « Par exemple, il peut être utilisé pour générer des micro-objectifs de zoom qui pourraient remplacer les cinq caméras séparées utilisées dans la plupart des smartphones ou pour fabriquer des composants microphotiques qui utilisent la lumière au lieu de l’électricité—contribuant à stimuler le passage vers des alternatives plus rapides et plus efficaces aux électroniques traditionnelles dans nos ordinateurs. »
La découverte a été faite par accident. Carmon a demandé à l’étudiante diplômée Manya Malhotra d’identifier l’endroit où un laser invisible touchait une pièce de verre en augmentant la puissance jusqu’à ce que le matériau brille. Au lieu de briller, le verre s’est plié.
« C’était un moment simple mais inattendu », se souvient Carmon. Malhotra est devenue l’experte pionnière dans ce que le groupe a maintenant appelé l’origami photonique.
La physique derrière le pli est étonnamment élégante. Lorsqu’un côté de la feuille de verre est chauffé avec un laser, il se liquéfie brièvement. La tension superficielle devient alors plus forte que la gravité, tirant le verre ramolli dans un pli exactement là où le laser est focalisé.
Pour appliquer la technique dans des environnements pratiques, l’ingénieur de laboratoire Ronen Ben Daniel a créé des couches minces de verre de silice sur des puces de silicium, qui ont été gravées pour libérer le verre tout en laissant de petits supports. En utilisant des impulsions d’un laser au dioxyde de carbone, l’équipe a démontré que les feuilles de verre pouvaient être pliées en moins d’une milliseconde, se déplaçant à 2 mètres par seconde avec une accélération dépassant 2 000 mètres par seconde carré. « C’était excitant de voir le pliage de la silice sous le microscope », a déclaré Carmon. « Le niveau de contrôle que nous avions sur l’architecture microphotique 3D est venu comme une agréable surprise—surtout étant donné qu’il a été réalisé avec une configuration simple impliquant simplement un seul faisceau laser focalisé sur le pli désiré. »
Les chercheurs ont plié des feuilles jusqu’à 10 microns d’épaisseur en formes allant des angles droits aux spirales, avec une précision de 0,1 microradians. Une de leurs démonstrations les plus frappantes a été une table en verre pliable et légère avec un miroir concave intégré dans sa base. Inspiré par une proposition théorique de P.K. Lam de l’Université nationale australienne, le dispositif pourrait en principe être optiquement lévité pour sonder d’éventuelles déviations de la gravité newtonienne à des échelles très petites—des expériences qui pourraient éclairer des énigmes cosmiques telles que la matière noire.
Les applications potentielles sont variées. L’origami photonique pourrait créer des micro-objectifs de zoom qui remplacent les multiples objectifs à mise au point fixe actuellement présents dans la plupart des téléphones. Au lieu d’utiliser cinq caméras séparées pour des prises de vue grand-angle, standard et téléobjectif, une seule structure en verre pliée pourrait effectuer toutes ces fonctions.
De petits dispositifs optiques haute performance peuvent être intégrés dans des puces pour le diagnostic médical, la surveillance environnementale et la détection industrielle, où la taille et la précision sont critiques. Des micro-miroirs et des guides d’ondes ultra-lisses fabriqués par origami photonique pourraient améliorer les réseaux de fibres optiques, permettant un routage de données plus compact et plus efficace sur les puces.
Dans le domaine de l’informatique optique, le pliage de verre ultra-lisse en composants 3D précis pourrait aider à construire des circuits microphotiques qui utilisent la lumière au lieu de l’électricité, soutenant un traitement des données plus rapide et plus efficace par rapport à l’électronique à base de silicium.
Les optiques pliables pourraient également être intégrées dans des satellites, des drones ou d’autres systèmes où la taille, le poids et la durabilité sont importants.
« Les microphotoniques 3D haute performance n’avaient pas été démontrées auparavant », a déclaré Carmon. « Cette nouvelle technique amène la photonique de silice—utilisant le verre pour guider et contrôler la lumière—dans la troisième dimension, ouvrant de toutes nouvelles possibilités pour des dispositifs optiques intégrés haute performance. »
