Un analyseur de gaz détectant les gaz à effet serre, aussi performant que portatif : voici le projet de Mirega, deeptech française née en février 2023. « Notre produit pourra détecter des concentrations de CO2 entre 1 et 10ppm (partie par million) et des ppb (parties par milliard) pour le méthane », indique Vincent Hardy, président et cofondateur de la start-up.
Ces analyseurs miniatures – l’objectif est d’atteindre 15 x 15 x 6 cm - arriveront sur le marché en 2024, selon ce diplômé de Centrale Méditerranée qui jouit d’une certaine expérience en matière de création d’entreprises : il a également fondé Synoptix en 2004, entreprise spécialisée dans l’import-export de composants optiques de précision.
Une micro-cavité optique d'un millimètre de long
La compacité de cet équipement tient à la taille réduite de sa cavité optique de type Fabry-Perrot, dans laquelle les molécules de gaz sont détectées grâce à un faisceau laser rebondissant entre deux miroirs semi-réfléchissants positionnés face-à-face. A l’intérieur du futur produit de Mirega, « deux fibres optiques sont mises bout à bout, précise Vincent Hardy. Dans les instruments de laboratoire, les deux miroirs sont séparés d’une dizaine de centimètres. Ici, la distance est de l’ordre du millimètre. »
Ces micro-cavités Fabry-Perrot sont dites fibrées : les micro-miroirs concaves sont fabriqués à l’extrémité des fibres optiques en silice, d’où arrive et où repart le faisceau laser. Une configuration miniaturisée qui a l’avantage de la robustesse et de la fiabilité, s’affranchissant des vibrations et autres fluctuations du signal dues à des mauvais couplages optiques notamment.
En soi, le principe n’est pas neuf, mais la technologie de Mirega est plus innovante et reposera sur l’exploitation d’un brevet déposé par le laboratoire Kastler-Brossel (LKB), fruit de travaux de recherche menés depuis une publication scientifique datée de 2010.
« Nous fabriquons des miroirs grâce à un procédé d’usinage laser CO2 qui permet d’atteindre des finesses supérieures à 100000 », détaille Jakob Reichel, chercheur au LKB et autre cofondateur de Mirega en compagnie du chercheur Romain Long. La finesse en question représente le nombre d’allers-retours du faisceau laser entre les deux miroirs. Le signal est peu à peu absorbé par la molécule ciblée (l’énergie des photons du laser correspond à des transitions entre niveaux d’énergie de cette molécule) et la diminution de son intensité permet de remonter jusqu’à la concentration du gaz traversé.
Des miroirs polis par laser
On peut imaginer une cavité optique de cent mètres de long pour mesurer cette absorption avec une sensibilité suffisante. Mais l’idée de tous les scientifiques est bien sûr de miniaturiser davantage le dispositif, ce qui signifie d’augmenter la finesse. Au risque d’accentuer les déperditions de la qualité du laser causées par les multiples réflexions successives sur les miroirs…
C’est là qu’intervient le savoir-faire du LKB. « La qualité de surface de nos miroirs réduit grandement les pertes, se félicite Jakob Reichel. La rugosité, soit la déviation par rapport au profil idéal, est inférieure à 0,2 nanomètre. C’est proche de ce qu’on obtient grâce aux meilleures techniques de polissage, dont le superpolissage. Mais cette technique ne fonctionne pas pour des surfaces aussi petites et concaves. »
La spectroscopie laser, quant à elle, est « très sélective sur la molécule recherchée et n’est pas perturbée par la vapeur d’eau, poursuit Jakob Reichel. C’est la seule méthode qui donne des valeurs fiables aux très faibles concentrations. Notre prototype fonctionne autour de 2 micromètres pour la détection du CO2 . De manière générale, on se situe autour du proche infrarouge. Le laser n’est pas cher et son spectre est bien connu.»
Pour la recherche et l'industrie
A la recherche de technologies dédiées à la protection de l’environnement, Vincent Hardy a rencontré les chercheurs du LKB par l’intermédiaire de la société d’accélération du transfert technologique (Satt) Lutech, exerçant dans la région parisienne. Avec l’ingénieur en micromécanique Pierre Mahiou, cofondateur et directeur technique de Mirega, ils ont décidé de créer cette deeptech pour cibler deux applications.
Le monde de la recherche, pour commencer, qui pourrait suivre in situ l’évolution de la concentration du CO2 et du méthane, deux puissants gaz à effet de serre. Mais les industriels sont également concernés. « La réglementation leur enjoint de quantifier leurs émissions à l’échelle d’un site industriel, commente Vincent Hardy. Et pour cela, il faut pouvoir se déplacer avec l’appareil pour faire le tour du site, tout en restant précis. » Le dispositif pourrait même être embarqué sur un drone.
La deeptech ne s’adressera pas aux industriels en direct, mais via des intégrateurs. Elle projette aussi de vendre des micro-cavités optiques seules. Le marché étant très ciblé, les ambitions sont internationales. Avec l’aide de Bpifrance et du réseau Entreprendre, les fonds propres de la start-up sont aujourd’hui suffisants, selon Vincent Hardy, qui n’envisage pas de levée de fonds pour l’instant.
