Rayonnement térahertz : comment améliorer les communications par satellite

La feuille ultra-fine est tendue sur une armature annulaire en plastique. Selon l’angle de vue, elle apparaît tantôt presque transparente, tantôt chatoyante de reflets dorés, rouges ou verts. Ce jeu de couleurs est dû à la microstructure métallique de la surface de la feuille : des motifs microscopiques de haute précision en or pur. Cette feuille n’est pas un objet décoratif, mais un filtre de haute technologie pour le rayonnement térahertz, et le premier produit de la spin-off de l’Empa, Lepto GmbH.

Lepto, qui signifie « fin » en grec, est un nom bien choisi, car le filtre ne mesure qu’un micromètre – un millième de millimètre – d’épaisseur. L’entreprise a été fondée en avril 2025 à Dübendorf par Elena Mavrona et Erwin Hack, chercheurs à l’Empa. « Avec des longueurs d’onde comprises entre 0,3 et 3 millimètres, le rayonnement térahertz se situe à la frontière entre l’optique et l’électronique », explique Elena Mavrona, PDG de Lepto. Dans le spectre électromagnétique, la gamme des térahertz se situe entre les ondes lumineuses et infrarouges à courte longueur d’onde et les ondes plus longues (micro, ou gigahertz) que nous utilisons pour la plupart de nos technologies de communication sans fil, du Bluetooth au Wi-Fi.

Comparée à ses « voisins » spectraux, la gamme des térahertz a longtemps été peu étudiée ; les technologies permettant de générer et de mesurer le rayonnement térahertz étaient rares. Ce n’est qu’au cours des 30 dernières années que cette lacune dans le domaine des térahertz a commencé à se combler. En effet, le rayonnement térahertz promet des applications variées en médecine, en communication et dans la recherche sur les matériaux. C’est précisément ce type d’applications que Lepto souhaite rendre possible grâce à ses produits : des composants destinés à émettre et à détecter les rayons térahertz.

Cette spin-off est issue d’un projet de recherche dans le cadre duquel Hack, Mavrona et leurs collaborateurs ont réussi à développer une structure particulièrement fine pour des filtres térahertz hautement efficaces. Ils ont déposé un brevet pour cette technologie. « En réalité, nous n’avions jamais eu l’intention de créer une entreprise », sourit Erwin Hack, directeur technique de Lepto. « Mais nous avons reçu de nombreuses demandes de la part d’autres instituts de recherche, qui étaient très satisfaits des performances de nos filtres. C’est là que nous avons compris qu’il existait un marché. »

Les filtres ne sont toutefois qu’un début. « Nous travaillons également sur d’autres composants pour le rayonnement térahertz, comme des polariseurs », souligne Mavrona. Les produits Lepto se distinguent de la concurrence avant tout par leur faible épaisseur : le film polymère, qui sert de substrat à la microstructure en or, est fin et hautement transparent pour toutes les bandes du spectre électromagnétique. Cela rend les filtres particulièrement efficaces, tout en étant légers et peu encombrants.

C’est pourquoi les fondateurs de cette spin-off voient dans le secteur spatial un marché important pour leurs produits. Dans ce domaine, le poids des composants joue un rôle clé et les rayonnements térahertz trouvent plusieurs domaines d’application. « D’une part, la spectroscopie térahertz est une excellente méthode pour étudier de nombreux phénomènes en astrophysique et en géophysique », estime Mavrona. « D’autre part, les ondes térahertz se prêtent également parfaitement à la communication entre satellites, ainsi qu’entre un satellite et la Terre. » Selon Hack, la fréquence plus élevée du rayonnement térahertz par rapport aux technologies de communication conventionnelles permet une transmission de données plus rapide. Comme ce rayonnement a des longueurs d’onde plus courtes que celles de son « grand frère », le gigahertz, sa portée est légèrement moindre – un avantage qui rend les technologies de communication basées sur les térahertz plus sûres.

L’espace n’est pas le seul domaine d’application du rayonnement térahertz et des composants de Lepto. Dans l’atmosphère, ce rayonnement est certes rapidement diffusé et ne parcourt que de courtes distances. Il est néanmoins considéré comme l’une des technologies clés de la 6G, la prochaine norme de téléphonie mobile, qui devrait être encore plus rapide et plus économe en énergie que la norme 5G actuelle.

En médecine également, les ondes térahertz, capables de traverser les couches superficielles des tissus, recèlent un fort potentiel. À l’instar de leurs voisines dans le spectre électromagnétique, les ondes térahertz sont non ionisantes et donc moins nocives que les rayons X. Elles sont principalement développées pour des applications cutanées, par exemple pour le diagnostic du cancer ou l’examen des vaisseaux sanguins superficiels ou des plaies. D’autres applications existent dans le domaine de la sécurité, notamment pour les scanners corporels dans les aéroports.

Actuellement, la demande en filtres et polariseurs térahertz de Lepto provient principalement du secteur de la recherche. Outre les applications en spectroscopie pour l’analyse des matériaux, des recherches sont également menées sur les ordinateurs quantiques basés sur les ondes térahertz. « Nos filtres sont très fins, et nous fabriquons leurs cadres sur mesure grâce à l’impression 3D », reconnaît Elena Mavrona. Cela permet à la jeune entreprise de fabriquer des systèmes de filtrage complexes mais compacts, répondant exactement aux besoins des clients. « Nous sommes ravis de pouvoir bientôt commercialiser nos produits », déclarent les deux fondateurs.

L'aérospatiale suisse au cœur des Journées de la Technique 2026
Les Journées de la Technique 2026, organisées le 22 septembre à Lausanne et le 24 septembre à Dübendorf, proposeront un panorama complet de l’aérospatiale suisse, de son histoire aux enjeux technologiques et économiques actuels du New Space. Des acteurs des pouvoirs publics, de la recherche et de l’industrie feront le point sur la position de la Suisse et sur les perspectives offertes à la technologie, à l’économie et à la société.

Informations et inscription : www.journees-de-la-techniqe.ch.