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Manutech USD : plateforme de référence pour les procédés laser ultrabrefs

8 juillet 2025 • Big Data & IA - Industrie du futur

Regroupant des partenaires académiques et industriels, le GIE Manutech USD propose une plateforme technologique d’excellence autour des procédés laser ultrabrefs pour la structuration et la fonctionnalisation des surfaces. Une initiative à laquelle a grandement contribué le laboratoire Hubert Curien, auquel est adossée l’école Télécom Saint-Étienne, composante de l’institut Carnot Télécom & Société numérique.

Les procédés laser sont des techniques exploitant l’énergie générée par une source laser pour réaliser des opérations telles que des découpes, du perçage, de la gravure… Cette approche offre également de nombreuses possibilités quant à la structuration d’un matériau : appliquer un tel faisceau lumineux sur une surface peut en effet entraîner des changements dans la topographie, la morphologie ou la structure moléculaire ou chimique de la matière. Des modifications qui confèrent alors au matériau de nouvelles propriétés mécaniques, électriques, optiques, ou encore biologiques.

Lasers femtosecondes

Au fil du temps, ces techniques se sont affinées et ont connu plusieurs innovations, parmi lesquelles les procédés laser ultrabrefs, ou femtosecondes, développés au début des années 1990. Ceux-ci s’appuient sur des lasers spécifiques, caractérisés par une durée d’impulsion très courte, de quelques dizaines ou centaines de femtosecondes (fs). « En 100 fs, la lumière n’a même pas le temps de traverser l’épaisseur d’un cheveu », illustre Razvan Stoian, directeur de recherche CNRS et responsable de l’équipe interaction laser-matière au sein du laboratoire Hubert Curien. « Or, cette minuscule durée est inférieure au temps de vibration des atomes dans les matériaux. Cela signifie que l’on peut interagir avec la matière et la transformer avant qu’elle ne se mette à vibrer et à diffuser de la chaleur. » De plus, un tel procédé s’avère peu consommateur en énergie, étant capable d’appliquer une grande puissance sur une zone très localisée, pendant une durée infime.

Ces singularités offrent la possibilité d’agir sur des matériaux de façon extrêmement précise et efficace, à des dimensions très fines. Les procédés laser ultrabrefs permettent ainsi de transformer des surfaces à l’échelle nanométrique et de modifier leurs propriétés topographiques ou physico-chimiques, afin de leur adjoindre de nouvelles fonctions. Et les applications sont presque infinies : photonique, technologies de l’information, biomédical, tribologie (science de l’usure et des frottements), mouillabilité (aptitude d’un matériau à être mouillé par un liquide)…

Manutech USD : des Équipex au GIE

Le laboratoire Hubert Curien – auquel est adossée Télécom Saint-Étienne, école composante de l’institut Carnot TSN – a joué un rôle majeur dans le développement de ces procédés laser ultrabrefs. « Il y a plus de vingt ans, au sein de notre laboratoire, nous avons imaginé qu’en adaptant la lumière et la matière, il était possible d’atteindre un niveau de précision inédit », relate Razvan Stoian. « Cette démarche nous a poussés à développer des approches innovantes quant au façonnage de la matière et à faire figure de pionniers dans ce domaine. » Le laboratoire a ainsi développé une expertise reconnue en interaction lumière-matière et en procédés laser, en particulier pour les nanotechnologies. Et ce, en portant une vision à la fois fondamentale, via la production de connaissance scientifique et théorique, et applicative, à travers des partenariats industriels.

Cette position a conduit le laboratoire Hubert Curien à constituer un consortium autour des procédés laser ultrabrefs. « Au début des années 2000, nous travaillions avec plusieurs partenaires académiques et industriels sur des problématiques associées à cette technologie », se souvient Razvan Stoian. « Ces collaborations nous offraient une couverture de toute la chaîne de valeur du procédé laser ultrabref, en réunissant des expertises pluridisciplinaires. Par conséquent, lorsque l’État français – à travers l’Agence nationale de la recherche – a lancé un appel à projets pour l’accueil d’équipements d’excellence (Équipex), nous nous sommes naturellement réunis avec nos partenaires, étant donné les travaux conjoints déjà réalisés. » Le consortium Manutech USD ainsi constitué a alors permis l’installation, au sein d’un site à Saint-Étienne, d’Équipex dédiés aux procédés laser ultrabrefs.

Ce succès n’a pas arrêté les partenaires, puisque, dix ans plus tard, le consortium Manutech USD est devenu un groupement d’intérêt économique (GIE), portant le même nom et associant les mêmes acteurs. « L’idée était d’exploiter nos équipements et notre savoir-faire pour donner naissance à une plateforme technologique d’excellence permettant d’accélérer le développement d’innovations à destination de l’industrie », présente Razvan Stoian. « Ce qui impliquait d’accroître la maturité des procédés laser ultrabrefs et d’atteindre des niveaux d’efficacité, de rapidité et de coûts compatibles avec les besoins des industriels. » Une ambition portée par les expertises des partenaires, académiques – Université Jean Monnet Saint-Étienne, Centrale Lyon et Mines Saint-Étienne – comme industriels – Cetim, HEF et WeAre.

Plateforme ouverte et spécialisée sur les surfaces

Aujourd’hui, en plus d’être un consortium et un GIE, Manutech USD est donc une plateforme technologique, dotée de sources laser femtosecondes et d’équipements de texturation et de caractérisation, ouverte à tous. Tout acteur – industriel, laboratoire, centre de recherche… – peut ainsi y accéder afin de structurer ses propres surfaces, en vue de tester ses applications. Il est aussi possible de s’appuyer sur le savoir-faire des partenaires en demandant la structuration d’une surface pour un usage précis, voire en sollicitant un accompagnement complet dans la réalisation de projets de grande ampleur, incluant la création de connaissance scientifique sur le sujet.

Manutech USD ambitionne également d’étendre sa visibilité, en répondant notamment à des appels à projets européens, afin d’asseoir sa position d’acteur de référence à l’échelle du continent. « Il existe d’autres plateformes consacrées aux procédés laser ultrabrefs », concède Razvan Stoian. « Néanmoins, Manutech USD se distingue par les compétences complémentaires de ses partenaires de premier ordre et par sa spécialisation sur les phénomènes et l’ingénierie des surfaces. »

Par exemple, la plateforme de Saint-Étienne a participé au projet LaserImplant du Conseil européen de l’innovation (EIC). Son objectif était de structurer la surface d’implants dentaires afin d’améliorer leur biocompatibilité et de favoriser leur intégration dans la mâchoire. De même, Manutech USD, aux côtés de ses partenaires, contribue au projet GLACIER – lauréat 2023 du programme « i-Démo », dans le cadre du plan France 2030 régionalisé –, qui porte sur la découpe et l’enlèvement de couches minces sur verre optique par laser femtoseconde. Le procédé mis au point pourrait alors servir dans la production de composants tels que des écrans très fins ou des semi-conducteurs.

Vers une révolution des procédés laser ultrabrefs par l’IA

Si Manutech USD exploite les résultats de travaux de recherche entamés il y a plus de vingt ans, il reste encore beaucoup à explorer dans ce domaine. « Nous sommes premièrement en quête continue d’amélioration de la précision, afin d’être en mesure de structurer des surfaces à des échelles toujours plus petites et de créer plus de fonctions », mentionne Razvan Stoian. « De même, nous cherchons à augmenter la vitesse des procédés, pour gagner en efficacité et répondre aux exigences croissantes des industriels. »

Par ailleurs, les procédés laser ultrabrefs n’échappent pas à l’essor de l’intelligence artificielle. « La question de l’apport de l’IA reste assez récente, mais très prometteuse », note Razvan Stoian. « Par exemple, en s’appuyant sur des bases de données vastes et complexes, elle peut aider à prédire la fonction induite par un motif en particulier. Ainsi, un industriel qui souhaiterait disposer d’une fonctionnalité spécifique pourrait connaître exactement la structure à appliquer, selon le matériau utilisé. » De cette façon, des surfaces pourraient être fonctionnalisées uniquement par effet laser, ce qui éviterait de recourir à des traitements chimiques plus polluants, par exemple dans le domaine de l’énergie, contribuant dès lors à rendre l’industrie plus verte.

En outre, l’IA peut aussi « apprendre » à développer le procédé requis, et même assister l’opérateur dans ses gestes, à travers de nouvelles interfaces homme-machine ou la création de jumeaux numériques. Elle interviendrait alors en complément de l’expertise humaine, avec des perspectives considérables d’amélioration des résultats obtenus. « Vu le niveau technologique déjà atteint par les sources laser, les futurs progrès majeurs ne sont pas à chercher de ce côté », prévoit Razvan Stoian. « La prochaine révolution de ce domaine sera certainement l’intégration de l’IA dans les procédés laser pour les rendre plus précis, plus efficaces, plus pilotables et orientés vers de nouvelles performances. »

Ainsi, les procédés laser ultrabrefs, notamment les lasers femtosecondes, permettent de structurer la matière à l’échelle nanométrique sans générer de chaleur, offrant ainsi de nouvelles propriétés aux matériaux. Le laboratoire Hubert Curien, via Télécom Saint-Étienne et l’institut Carnot TSN, a été pionnier dans ce domaine et a contribué à créer le consortium puis la plateforme Manutech USD.
Cette plateforme ouverte réunit partenaires académiques et industriels pour développer et industrialiser ces technologies innovantes. Enfin, l’intégration de l’intelligence artificielle dans ces procédés vise à améliorer précision, rapidité et impact environnemental, ouvrant la voie à une nouvelle révolution industrielle.