Qu’est-ce qu’une méta-surface ?

Les méta-surfaces sont des structures artificielles, composées de motifs géométriques disposés de manière spécifique. Ceux-ci sont conçus pour interagir avec les ondes électromagnétiques, comme la lumière visible ou les ondes radio, de manière unique. En modifiant ces motifs géométriques il est possible de faire en sorte que la méta-surface réfléchisse les ondes électromagnétiques dans une direction précise ou les absorbe tel un filtre.

 

Qu’est-ce que le projet OPERA ? 

Le projet OPERA a permis d’améliorer en précision et en vitesse les solveurs de la suite logicielle DIOGENeS², développée par l’INRIA, afin d’accélérer la conception et la caractérisation de méta-surfaces. Le projet s’est concrétisé dans le domaine optique par la conception et la réalisation d’un prototype de méta-surface optimisée dans le domaine visible ainsi qu’un premier design d’une méta-surface active.

La méthode développée a permis la fabrication de méta-surfaces innovantes grâce à la nano-impression de réseaux (appelée Nano-imprint lithography). Il a été ainsi possible de mettre au point un prototype de micro-lentille plate (de l’ordre de 10 macro-mètre) pour le domaine visible avec des grandes ouvertures numériques visant la miniaturisation des systèmes optiques. 

La nano-impression est une technique qui permet de créer des structures extrêmement petites, de l'ordre du nanomètre, sur une surface. Des investissements d’automatisation du procédé, grâce au partenariat avec la PME NAPA ont permis de réduire le temps de production et d’augmenter sa répétabilité et sa reproductibilité. 

Le projet OPERA capitalise sur plusieurs projets de recherche et de développement initiés par l’Agence de l’innovation de défense (AID).

Le succès du projet OPERA a été possible grâce aux résultats obtenus lors de projets réalisés par la même équipe et précédemment financés par l’AID notamment le projet TECSER. Son objectif était de mettre au point de nouvelles techniques de résolution numérique adaptées à la simulation haute performance pour le calcul de la Surface équivalente radar (SER) pour des applications défense. Pour cela les équipes ont mis au point de nouvelles techniques plus performantes et flexibles de simulation de la propagation des ondes électromagnétiques dans des environnements complexes, basées sur le formalisme des méthodes Galerkin discontinues. 

Cette méthode offre une grande flexibilité car elle permet d'utiliser des maillages non structurés et d'adapter l'ordre de précision localement.

Des premières recherches sur cette méthode avaient été étudiées lors d’une thèse menée entre 2012 et 2015 au sein de l’équipe Nachos de l’INRIA avec pour objectif de mieux comprendre la propagation d'ondes électromagnétiques en nano-optique par une méthode Galerkin discontinue. C’est notamment cette thèse qui est à l’origine de la suite logicielle DIOGENeS (DIscOntinuous GalErkin Nanoscale Solver) développée par l’INRIA et fondamentale dans les essais menés lors du projet OPERA. 

Le projet OPERA est une véritable réussite qui, par l’optimisation de plusieurs projets successifs, a permis la conception de méta-surfaces grâce à des simulations plus performantes. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles recherches, comme l'exploration de méta-surfaces actives et dynamiques, poursuivant ainsi l'exploration des potentialités de ces structures innovantes.

¹CRHEA : Centre de Recherche pour l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications.

²DIOGENeS est une suite logicielle développée par l'INRIA qui permet de modéliser, simuler et analyser des

systèmes complexes en électromagnétisme haute-fréquence et en photonique en particulier. Elle est particulièrement adaptée à la modélisation de systèmes dynamiques, c'est-à-dire des systèmes qui évoluent dans le temps, ainsi qu’à la réalisation d’études de conception inverse.