Tout a commencé par le voyage de Nicolas Roy à Stanford.  Nicolas est doctorant au sein du Département de physique et membre des Instituts NISM et NaXys. La visite à Stanford avait pour objectif de développer une expertise à l’UNamur sur une méthode nouvelle de simulation de cristaux photoniques twistés, récemment publiée par la prestigieuse université. À la suite des discussions lors du séjour à Stanford, des pistes de collaborations sont apparues, notamment celle de poursuivre les recherches relatives à l’une de leurs publications afin de tenter de rendre un dispositif qui permet de manipuler la direction du faisceau lumineux le plus efficace et compact possible.  

Pari réussi puisque l’étude théorique prévoit un dispositif de 6 microns (soit la taille d’un cheveu) !  De plus, il est très économe en énergie.  Concrètement, il peut permettre de suivre des satellites par exemple, sans bouger l’émetteur ou le récepteur, ce qui est compliqué dans un circuit photonique.  Une autre application concrète est à l’étude pour la société Meta, qui souhaite réduire la taille des casques de réalité virtuelle à une simple paire de lunettes… 

Durant sa thèse de doctorat, et en s’appuyant sur une publication de l’équipe de Stanford intitulée “Theory for Twisted Bilayer Photonic Crystal Slabs”, Nicolas a reproduit la méthode de simulation et mis au point un modèle analytique des simulations numériques. L’emploi de ces simulations peu coûteuses a permis de trouver les structures photoniques les plus capables de dévier la lumière de manière contrôlée. Le modèle analytique quant à lui permet de fournir une explication à ce qui a été observé et donc de mieux comprendre ce qu’il se passe. En bref, cela donne des perspectives de fabrication plus simples pour les futurs dispositifs. 

Les équipes de recherche qui collaborent dans cette étude travaillent sur les cristaux photoniques twistés, c’est-à-dire des matériaux bidimensionnels, formés, par exemple de 2 couches de silicium superposées et structurées, et leur interaction avec la lumière.  

Dans la conception d’un modèle analytique, Nicolas Roy s’est également servi d’une théorie connue depuis les années 60 : les réseaux échelette.  Un réseau échelette est un réseau de diffraction plan ayant le profil en dents de scie.  Concrètement, cela ressemble aux toits des anciennes usines.  La nouveauté qu’il a apportée en utilisant cette notion, c’est de permettre de comprendre le mécanisme qui permet le contrôle de l’angle de sortie du faisceau lumineux grâce au twist entre les deux couches. Ce faisant, il a identifié que le système agissait similairement au réseau échelette. L’équipe, grâce à des méta-modèles, a permis de concentrer la lumière dans une direction bien précise avec une efficacité de 90%.  

Le but de ce genre de structure twistée ?  Devenir maître de la lumière et fabriquer in fine des systèmes qui permettent de la ralentir, voire de l’arrêter.   

Cette technique du twist ouvre donc bien des possibilités encore inexplorées en photonique en ajoutant un degré de contrôle de la lumière.  Les chercheurs poursuivent leurs recherches dans ce sens, en continuant cette collaboration fructueuse avec l’équipe du professeur Fan, de l'Université de Stanford, USA.  

Décidément, on n’a pas fini de twister à l’UNamur ! 

L'équipe belge

• Professeur Michael Lobet (UNamur, Harvard University)
• Professeur Alexandre Mayer (UNamur)
• Dr Nicolas Roy (UNamur)

L'équipe américaine

• Professeur Shanhui Fan (Université de Stanford)
• Dr Beicheng Lou

Les chercheurs remercient l’UNamur, et plus spécifiquement le Département de physique et l’Institut NISM pour avoir financé le voyage de Nicolas Roy, l’Institut naXys pour son soutien dans ce projet,  la plateforme technologique PTCI, dont les supercalculateurs ont rendu cette étude possible ainsi que le FNRS pour le financement des mandats de recherche de Michaël Lobet et Alexandre Mayer.

• Michaël Lobet, le physicien de l’invisible qui fait twister la lumière 
• Sur les traces d’Einstein : anciennes théories, nouvelles perspectives
• Publication sur l’observation de la lumière dans Nature Communications

Sur la photo, de gauche à droite : (en haut) Pierre Louette, Directeur du Département de physique ;  François Briard, Chef de groupe Portail de la science (CERN) ; Julien Colaux, spécialiste IBA, chercheur en physique ; Boris Hespeels, chercheur en biologie ; Alexandre Mayer, chercheur en physique ; Anne-Catherine Heuskin, chercheuse en physique et biophysique. (en bas) André Füzfa, astrophysicien et chercheur en mathématiques ; Serge Mathot, Referent Applied Physicist (CERN) et Michaël Lobet; chercheur en physique.

L’histoire d’amour entre le CERN et l’UNamur ne date pas d’hier.  Le complexe d’accélérateurs et le programme expérimental du CERN sont très différents et bien plus grands que ceux du Département de physique de l’UNamur mais les domaines dans lesquels les deux institutions travaillent ont beaucoup de points communs.

De plus, les deux invités ont une histoire personnelle avec l’UNamur.  Le Département de physique a eu le plaisir d’accueillir Serge Mathot, Referent Applied Physicist (CERN) et alumni du Département de physique de l’UNamur (1992) ainsi que François Briard, Chef de groupe Portail de la science (CERN), et alumni de la Faculté d’informatique de l’UNamur (1994).

Les activités ont débuté par une rencontre entre les invités, la Rectrice Annick Castiaux, la Vice-rectrice à la recherche Carine Michiels, le Directeur du Département de physique Pierre Louette et plusieurs autres membres du Département de physique et de biologie. Après une présentation générale de l’Université, les participants ont pointé les missions communes aux deux institutions : la recherche et le transfert de technologies et de connaissances, le service à la société, la vulgarisation scientifique ou encore l’éducation et la formation.

Lunch de la physique – Présentation du CERN 

Le lunch de la physique est la rencontre mensuelle entre les étudiants et membres du département de physique et un professionnel, alumni ou non, venant expliquer son parcours et ce qu’il fait au quotidien en tant que physicien. 

Durant cette rencontre à laquelle participaient environ 80 personnes, François Briard et Serge Mathot ont présenté le CERN, le plus grand laboratoire pour la physique des particules du monde.  La mission du CERN est de comprendre les particules les plus élémentaires et les lois de notre univers. 

A l’issue de ce séminaire, les étudiants sont ressortis avec des étoiles plein les yeux. En effet, les possibilités de stages ou même de premier emploi au CERN sont possibles pour les physiciens mais aussi dans de nombreux autres domaines. 

Certains programmes de stage au CERN répondent particulièrement bien aux demandes des jeunes étudiant-e-s belges.

La grande majorité des physiciens qui travaillent avec le CERN (plus de 13 000) sont en fait envoyés au CERN pour une période plus ou moins longue par leurs instituts de recherche nationaux qui les emploient.  Le CERN offre une opportunité exceptionnelle de développer une expérience internationale avec d'excellentes conditions et dans un environnement unique au monde ! De quoi inspirer nos jeunes étudiants !

Le projet d'Action Recherche Concertée (ARC) PHOENIX vise à renouveler notre compréhension des parchemins médiévaux et des pièces de monnaie antiques. L'intelligence artificielle sera exploitée pour analyser les données générées par la caractérisation des matériaux. 

Cette étude conjointe entre le Département de physique et le Namur Institute of Structured Matter (NISM) et le Département d’histoire et l'Institut Patrimoines, Transmissions, Héritages (PaTHs) permettra d'aborder les questions relatives à la chaîne de production et à l'utilisation de ces objets et matériaux dans les sociétés passées.  

En parallèle, Serge Mathot a présenté un séminaire en sciences du patrimoine auquel une cinquantaine de personnes ont participé.  Il a notamment présenté sa recherche et le tout nouvel accélérateur ELISA: un accélérateur miniaturisé permettant de délivrer un faisceau de protons de 2 MeV utilisé pour réaliser de véritables mesures au Portail de la science.

Avoir l'opportunité d'échanger avec François Briard, Chef de groupe du Portail de la science du CERN est une chance rare. Comparer les activités de vulgarisation a permis d'ouvrir de nouvelles pistes, de découvrir et de partager les approches, d'évaluer ce qui fonctionne ou non, en fonction du public cible. Un enrichissement fort satisfaisant pour les membres présents du Confluent des Savoirs (CDS), le service de sensibilisation et de diffusion de la recherche de l’Université de Namur.

La professeure Anne-Catherine Heuskin et le docteur Boris Hespeels travaillent actuellement sur le projet BEBLOB, un projet Belspo avec le soutien de l’ESA, dans le cadre de l’alliance UNIVERSEH (European Space University for Earth and Humanity).  Ils s’intéressent notamment à ses étonnantes capacités à résister à de fortes doses de radiation. 

Anne-Catherine Heuskin travaille également en radiobiologie.  Les particules sont utilisées pour irradier des cellules cancéreuses afin de détruire leur matériel génétique et les empêcher de proliférer : c’est la base de la radiothérapie et de la protonthérapie.

La rencontre a permis d’asseoir la volonté de la FaSEF et de l’UNamur de s’impliquer dans la coordination en Belgique francophone du « Belgian National Teacher Programme » que le CERN souhaite relancer dès 2026. Une réflexion a aussi été initiée concernant d’autres pistes en formation d’enseignants Telle qu’ une intervention prochaine du CERN à la « Salle des Pros », le lieu rassemblant la formation aux différents acteurs de la formation à l'enseignement à l’UNamur.

Le TRAKK est le hub créatif namurois porté par 3 partenaires complémentaires sur le terrain : le BEP, le KIKK, et l'UNamur. Outre le lieu, François Briard a pu visiter le ProtoLab , qui fait le lien entre les idées et l'industrie en étant un pôle de recherche et développement décentralisé accessibles aux PME et porteurs de projet en proposant des accompagnements poussés dans le prototypage de produits ou de services.

Diplômé en droit et gestion des technologies de l’information (DGTIC) en 1994 après sa licence et maîtrise en informatique obtenue en 1993, François Briard travaille au CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire de Genève, le plus grand laboratoire en physique des particules au monde. 

Durant son cursus scolaire, effectué 100% à l'UNamur, il a été vice-président de la Régionale namuroise et délégué des étudiants durant ses années de candidatures en sciences économiques et sociales, option informatique. 

Grâce à la formation pluridisciplinaire dispensée à l’UNamur, il a pu saisir plusieurs occasions de réorienter sa carrière au sein du CERN où il a été ingénieur systèmes d’information à partir de 1994 puis, à partir de 2014, , a redirigé sa carrière vers la communication grand-public, jusqu’à devenir Chef de groupe du Portail de la science, qui est le centre de communication grand public du CERN.

Serge Mathot obtient son doctorat en sciences appliquées à l’UNamur en 1992, après sa licence en sciences physique en obtenue en 1985.  

Il effectue ensuite un post-doctorat au Joint Research Center (EU science hub) de Geel, qui a pour vocation de rassembler des compétences pluridisciplinaires pour développer de nouvelles méthodes de mesure et des outils tels que des matériaux de référence.  

Il parfait son expertise en métallurgie physique avant d’être engagé au CERN en 1995 comme Referent Applied Physicist.  Il a travaillé sur de nombreux projets de recherche (CLOUD, MACHINA, ELISA…) et a développé de nombreuses pièces pour la fabrication des accélérateurs du CERN.

Le CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est l’un des plus grands et des plus prestigieux laboratoires scientifiques du monde. Il a pour vocation la physique fondamentale, la découverte des constituants et des lois de l’Univers. Il utilise des instruments scientifiques très complexes pour sonder les constituants ultimes de la matière : les particules fondamentales. En étudiant ce qui se passe lorsque ces particules entrent en collision, les physiciens appréhendent les lois de la Nature.

Les instruments qu’utilise le CERN sont des accélérateurs et des détecteurs de particules. Les accélérateurs portent des faisceaux de particules à des énergies élevées pour les faire entrer en collision avec d'autres faisceaux ou avec des cibles fixes. Les détecteurs, eux, observent et enregistrent le résultat de ces collisions.

Fondé en 1954, le CERN est situé de part et d’autre de la frontière franco-suisse, près de Genève. Il a été l’une des premières organisations à l'échelle européenne et compte aujourd’hui 25 États membres, dont la Belgique. 

Cette belle initiative est le résultat d’une réflexion sur l’intégration de cours de chimie quantique à l’Université de Sfax initiée par les Professeurs Mahmoud TRABELSI (Université de Sfax et ancien de l’Université de Namur), Besma HAMDI (Université de Sfax) et Benoît CHAMPAGNE (Université de Namur).  La réflexion a été maturée au cours des deux dernières décennies, période durant laquelle plusieurs étudiants de l’équipe du Pr. TRABELSI ont séjourné au laboratoire du Pr. CHAMPAGNE. 

L’objectif : ajouter une composante de chimie quantique computationnelle à leurs recherches en chimie de synthèse, dont les synthèses à partir de substances biosourcées. 

Une doctorante en chimie à l’Université de Sfax, Dhouha ABEIRA, est également impliquée dans le projet. Elle effectue un stage ERASMUS+ dans le laboratoire du Pr. CHAMPAGNE afin d’étudier les propriétés optiques de cristaux moléculaires. 

Les étudiants ont été initiés au calcul des énergies de réaction et à la simulation des spectres d’absorption UV/visible. Ces deux applications sont typiques des activités en chimie quantique car elles sont directement liées à la compréhension des phénomènes réactionnels et à l’élaboration de nouveaux composés pour l’optique moléculaire. 

L’accent a également été mis sur certains aspects techniques des calculs afin de former les étudiants à l’élaboration de protocoles calculatoires en fonction des questions traitées.

Les cours ont été dispensés par une équipe interuniversitaire.

Pour le Département de chimie de l’Université de Namur  :

• Le Professeur Benoît CHAMPAGNE, Directeur du Laboratoire de Chimie Théorique (LCT) de l’Unité de Chimie Physique Théorique et Structurale (UCPTS) ;
• Le Dr. Vincent LIÉGEOIS, pour le soutien informatique à distance et dont la suite de programmes DrawSuite, une série d’applications conçues pour offrir des outils d'analyse des structures et des propriétés moléculaires, a été fort appréciée ;
• Frédéric WAUTELET de la Plateforme Technologique de Calcul Intensif (PTCI) pour le soutien informatique à distance et qui a préparé un cluster (pleiades) dédié à la formation.

Pour le Département de chimie de l’Université de Sfax :

• Le Dr. Mohamed CHELLEGUI, du laboratoire de chimie organique, pour la préparation des travaux pratiques ;
• Dhouha ABEIRA, doctorante en chimie, pour la préparation des travaux pratiques et l’assistance aux étudiants de Sfax. 

Les équipes enseignantes remercient chaleureusement les équipes des Relations Internationales de l’Université de Namur et de l'Université de Sfax pour leur aide dans l’élaboration et le suivi du projet ERASMUS+. 

Dix membres du corps académique et scientifique de l’UNamur, accompagnés par le Service des relations internationales et de l’ONG FUCID, le Forum Universitaire pour la Coopération Internationale au Développement, ont participé à une mission exploratoire co-organisée avec l’UCAD. Cette mission s’inscrivait dans la volonté de l’université de renforcer les partenariats avec le Sud, en favorisant les échanges, en sensibilisant les chercheurs aux enjeux du Sud global et en faisant émerger de nouveaux projets.

Pendant une semaine, plusieurs activités ont été organisées pour permettre aux membres de la délégation de découvrir l’université sénégalaise : visite de l’UCAD et découverte de ses enjeux, échanges autour du concept « One Health », rencontres entre chercheurs, visite de terrain et moment de clôture en présence de partenaires institutionnels.

Catherine Linard, professeure à la Faculté des sciences, faisait partie de la délégation namuroise « Se rendre sur place et échanger avec nos collègues sénégalais est très important. Cela nous permet de découvrir la richesse de leurs recherches, dans des domaines souvent directement connectés aux réalités du terrain », explique-t-elle.

Depuis 2015, Catherine Linard collabore avec l’UCAD, notamment dans le cadre d’un projet de recherche et développement soutenu par l’ARES. « De cette première collaboration sont nées de nombreuses dynamiques. Plusieurs doctorants sénégalais sont venus en Belgique pour poursuivre leurs recherches. Et inversement, une de mes doctorante belge, Camille Morlighem, qui travaille sur la création de cartes de risque de malaria au Sénégal, a pu bénéficier de bourses de mobilité pour des séjours de recherche à l’UCAD. Nous avons également établi des échanges d’enseignement : je me suis rendue à Dakar pour donner une semaine de formation aux doctorants en géographie, et une collègue géographe de la santé, Aminata Niang Diène, vient chaque année en Belgique pour intervenir dans un de mes cours de master », poursuit la professeure.

La délégation rassemblait des profils issus de plusieurs facultés de l’UNamur et de services :

• Francesca Cecchet, Faculté des sciences, présidente de l’Institut de recherche NISM (Namur Institute of Structured Matter) et membre de l’Institut de recherche (NaRILIS Namur Research Institute for Life Sciences)
• Laurent Houssiau, Faculté des sciences et membre de l’Institut de recherche NISM (Namur Institute of Structured Matter) 
• Charles Nicaise, Faculté de médecine et président de l’Institut de recherche NaRILIS (Namur Research Institute for Life Sciences) 
• Denis Saint-Amand, Faculté de philosophie et de lettres et membre de l’Institut de recherche NaLTT (Namur Institute of Language, Text and Transmediality)
• Laurent Ravez, Facultés de médecine et des sciences et membre des Instituts de recherche NaRILiS (Namur Research Institute for Life Sciences) et EsPhiN (Espace Philosophique de Namur)
• Anne Vermeyen, membre de la Cellule bien-être animal
• Flora Musuamba, Faculté de médecine et membre de l’Institut de recherche NaRILIS (Namur Research Institute for Life Sciences)
• Florence Georges, Faculté de droit et membre de l’Institut de recherche NaDI (Namur Digital Institute)
• Nathanaël Laurent, Faculté des sciences et membre de l’Institut de recherche EsPhiN (Espace Philosophique de Namur)
• Catherine Linard, Faculté des sciences et membre des Instituts de recherche NaRILIS (Namur Research Institute for Life Sciences) et ILEE (Institute of Life-Earth-Environment)
• Rita Rixen, directrice de la FUCID, le Forum universitaire pour la coopération internationale au développement
• Amélie Schnock, membre du Service des relations internationales