Tout le monde mérite un accès Internet rapide et sécuritaire, peu importe l'endroit où l'on vit. Le programme Défi « Réseaux sécurisés à haut débit » (RSHD) du CNRC travaille à concrétiser cet objectif pour les communautés rurales et éloignées du Canada.
Les technologies satellitaires jouent un rôle clé dans cet effort. Grâce au soutien du programme RSHD, des chercheuses et chercheurs du CNRC, de l'Université McGill et de l'Université Concordia collaborent avec l'entreprise montréalaise Axonal Networks à la mise au point d'un transcepteur photonique capable de transférer des données à très grande vitesse. Cette technologie permettrait aux satellites de faire office de routeurs Internet géants, capables de fournir un service haut débit dans des zones difficiles d'accès.
« Le transcepteur optique traduit les signaux électriques en signaux optiques (lumineux) et vice versa », explique Mohamed Rahim (Ph. D.), agent de recherches principal au Centre de recherche en quantique et en nanotechnologies du CNRC. « Le traitement optique des données présente aussi l'avantage d'être beaucoup moins sensible aux effets du rayonnement ambiant, qui est bien plus intense dans l'espace. »
Des spécialistes unissent leurs forces
Combiner les technologies électriques et optiques dans un seul dispositif compact et robuste constitue le principal défi de ce projet collaboratif.
« Pour fabriquer un transcepteur, il faut une source optique (un laser), un mécanisme de modulation pour contrôler la lumière émise afin qu'elle puisse transmettre l'information, et une stabilisation thermique électronique pour maintenir le laser et les modulateurs à une température optimale », précise M. Rahim.
Chaque partenaire s'occupe d'une partie essentielle du projet, avec pour objectif d'assembler le tout dans un boîtier à peine plus gros qu'une boîte d'allumettes.
S'appuyant sur l'expertise du CNRC en semi‑conducteurs, M. Rahim et son équipe ont conçu, fabriqué et testé des lasers répondant aux spécifications exactes d'Axonal Networks en matière de puissance, de fréquence et de largeur spectrale (le degré de déviation de la lumière émise par rapport à la fréquence centrale du laser). Pour l'instant, l'équipe du CNRC a livré le laser dans un boîtier « papillon », un format facile à intégrer à d'autres composantes pendant les étapes de test et de développement. Le prochain défi consistera à le miniaturiser et à l'intégrer aux autres éléments du transcepteur.
Les partenaires universitaires apportent leur expertise en conception de pointe
À l'Université McGill, une équipe dirigée par Odile Liboiron‑Ladouceur (Ph. D.) et Nate Quitoriano (Ph. D.), de la Faculté de génie, a conçu un modulateur à microrésonateur en anneau qui exécute la fonction de commutation permettant au transcepteur de transmettre les 1 et les 0 sous forme d'impulsions lumineuses. Le faisceau laser est divisé en 4 canaux, chacun passant dans une minuscule boucle qui utilise la résonance pour soit emprisonner la lumière (« 0 »), soit la laisser passer (« 1 »).
Effectuant un nombre impressionnant de ces transitions marche‑arrêt chaque seconde, les modulateurs à microrésonateur en anneau ont une faiblesse : ils sont très sensibles aux variations de température. C'est déjà un défi pour les transcepteurs utilisés dans un centre de données climatisé sur Terre, mais c'en est un encore plus grand dans les conditions rencontrées par un satellite en orbite.
En collaboration avec les équipes d'Axonal et de McGill, Glenn Cowan (Ph. D.) et ses collègues du Département de génie électrique et informatique de l'Université Concordia ont contribué à créer et breveter un circuit d'ajustement thermique qui surveille la sortie des modulateurs et ajuste de minuscules éléments chauffants afin de maintenir une température stable. Cette technologie protège également contre la dérive du laser, qui peut se produire lorsque des variations de température, des vibrations ou d'autres facteurs modifient sa sortie.
Objectif : atteindre les normes spatiales
Même si la technologie a fait ses preuves dans les centres de données, son utilisation à bord de satellites pose de nouveaux défis.
Le chef de la direction d'Axonal Networks, David Rolston (Ph. D.), sait ce qu'il faut pour satisfaire aux rigoureuses exigences de l'industrie spatiale. Cet ingénieur électricien s'appuie sur des décennies d'expérience dans le développement de transcepteurs pour des géants de l'aérospatiale tels que Thales Alenia Space, Boeing et Airbus.
« Ces transcepteurs doivent subir une quantité incroyable de tests et de validations avant de pouvoir être vendus au secteur spatial, explique‑t‑il. Mon objectif est de reproduire ce processus pour les dispositifs à plus haute vitesse que nous développons en ce moment. »
À la mi-2025, les efforts d'Axonal ont reçu un appui supplémentaire lorsqu'une grande entreprise multinationale d'ingénierie électronique a offert son soutien. Ce partenariat permettra d'accélérer le développement des prototypes et d'ouvrir l'accès commercial à des entreprises majeures du secteur aérospatial.
Des percées rendues possibles par le travail d'équipe
« La collaboration entre Axonal, McGill, Concordia et le CNRC démontre la force du travail d'équipe dans la mise au point de technologies avancées », souligne Lynne Genik, directrice du programme RSHD.
« L'obtention d'investissements du secteur privé représente une grande réussite qui témoigne non seulement du leadership exceptionnel d'Axonal Networks, mais aussi de la solidité de l'innovation et de son potentiel, ajoute‑t‑elle. Cet effort jette les bases d'une nouvelle génération de composantes prêtes pour l'espace, qui contribueront à offrir un accès Internet plus rapide et fiable aux communautés rurales et éloignées, une étape stimulante vers un Canada encore plus connecté. »
Pour rendre cette collaboration possible dans le cadre du programme RSHD, les partenaires ont reçu un financement non remboursable du Programme de collaboration en science, en technologie et en innovation, administré par le Bureau national des programmes du CNRC.