Thèse Communications Optiques sans Fil Basées sur une Architecture Innovante Comprenant des Réseaux d'Antennes Optiques Phasées H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles Direction de la thèse : Luc CHASSAGNE ORCID 0000000342404591 Début de la thèse : 2026-12-10 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Les communications optiques en espace libre reposent sur la transmission de données par la lumière entre deux points distants, sans recourir à des fibres ou à des câbles. Cette approche s'avère particulièrement intéressante lorsque les connexions filaires sont difficiles à déployer ou trop coûteuses. Cependant, ces liaisons sont fortement affectées par les conditions atmosphériques : brouillard, pluie, poussières et turbulences thermiques atténuent ou déforment le faisceau lumineux, entraînant une dégradation notable de la qualité de la communication. Les solutions existantes restent coûteuses et limitées, tant du point de vue des dispositifs optiques de compensation que des algorithmes de traitement du signal. Dans ce cadre, la thèse vise à concevoir des liaisons optiques mobiles performantes et robustes, capables de s'adapter à des environnements dynamiques et perturbés. L'étude portera notamment sur l'exploitation de dispositifs de type Optical Phased Array (OPA) sur Silicium - une technologie issue des systèmes LiDAR « low cost » - offrant une voie prometteuse vers des architectures compactes, intégrées et à faible coût devant permettre une remise en forme du front d'onde optique reçu pour une meilleure qualité de communication. L'orientation principale des travaux concernera le développement d'approches algorithmiques avancées pour le traitement et la compensation du signal. Le ou la doctorant·e sera amené·e à concevoir un environnement de simulation dédié, permettant d'évaluer et de valider les choix architecturaux et les stratégies algorithmiques avant toute expérimentation pratique. L'objectif global est de proposer une architecture intégrée, flexible et fiable, garantissant la continuité des communications optiques en mouvement, avec des applications potentielles dans les domaines aérien, spatial et terrestre. Cette thèse est le fruit d'une collaboration naissante entre le laboratoire LISV (Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles) de l'Université de Versailles Saint-Quentin (UVSQ) de Paris-Saclay et le CEA/LETI, Services technologies Sans fils, Laboratoire Signal Protocoles et Plateformes Radio. Cette collaboration s'effectue dans le cadre du consortium PLEIADES du PEPR « Réseaux du futur ». PLEIADES porte principalement sur les solutions optiques des systèmes du futur, avec notamment un workpackage qui concerne les transmissions optiques sans fil (OWC).
Par le passé, le LISV a travaillé sur des systèmes de communications optiques par le biais de phares de voitures [1], puis les études se sont étendues à des problématiques dites « indoor » [2] et des problématiques dites « outdoor », comme par exemple des transmissions inter-bâtiments ou des transmissions dans le secteur spatial [3]. Depuis quelques années, les efforts se portent principalement sur les systèmes de « beamsteering » où l'objectif est de former au mieux le faisceau pour qu'il soit dirigé vers le récepteur, éventuellement mobile [4]. L'enjeu est alors d'optimiser les qualités du faisceau pour garantir un bon rapport signal à bruit quelles que soient les conditions environnementales et avoir ainsi une bonne qualité de service.
Le CEA quant à lui travaille sur les Optical Phased Array depuis quelques années, qui ont bénéficié d'un grand nombre d'études grâce notamment au domaine d'application LIDAR [5] où un balayage sans moteur du champ d'exploration apporterait une réelle plus-value à terme [6]. Le laboratoire concerné a de plus développé des modèles atmosphériques utiles dans le cas de transmission sol-sol de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres, complémentaires des modèles développés au LISV dans le cas du spatial. Les OPA sont maintenant une piste dans d'autre systèmes applicatifs que le LIDAR et notamment les communications optiques sans fil. Leur capacité à pouvoir modifier la phase du signal optique est un atout complémentaire des techniques utilisées actuellement dans les OWC qui utilisent plutôt des chaines de transmission-réception basées sur des modulations qui agissent sur l'amplitude et la phase du signal électrique [7]. Cette capacité des OPA à pouvoir agir sur le signal optique doit pouvoir permettre de compenser, tant au niveau de l'émetteur qu'au niveau du récepteur, d'éventuels défauts apportés par le canal, comme par exemple les perturbations atmosphériques dans le cas de transmissions en extérieur sur quelques centaines de mètres. Le travail de thèse commencera par un état de l'art complet des solutions d'ajustement du signal optique, que ce soit par les OPA ou d'autres technologies comme par exemple les SLM : Spatial Ligth Modulators [8] ou les RIS : Reconfigurable Intelligent Surfaces [9]. Il sera également nécessaire d'appréhender l'état de l'art des communications OWC et FSO (Free Space Optics) pour bien maitriser les facteurs perturbateurs des différents canaux envisagés.
Dans un second temps, la thèse portera sur la conception des liaisons optiques mobiles performantes et robustes, capables de s'adapter à des environnements dynamiques et perturbés, a priori avec des solutions basées sur les OPA. Il sera nécessaire de développer des approches algorithmiques avancées pour le traitement et la compensation du signal. Le ou la doctorant·e sera amené·e à concevoir un environnement de simulation dédié, permettant d'évaluer et de valider les choix architecturaux et les stratégies algorithmiques avant toute expérimentation pratique. L'objectif global est de proposer une architecture intégrée, flexible et fiable, garantissant la continuité des communications optiques en mouvement, avec des applications potentielles dans les domaines aérien, spatial et terrestre. Selon l'avancement de la thèse, des prototypes pourront être envisagés pour valider des briques de bases du système.

Traitement du signal, électronique, optoélectronique, systèmes embarqués, connaissance générale de physique et d'optique

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