SaphirLab : à Lyon, recherche et industrie s'allient pour optimiser les performances de ce cristal stratégique pour l'industrie

Un laboratoire commun, partagé entre la société RSA Le Rubis et l'Institut Lumière Matière (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1) a été créé en ce début d'année. Objectif affiché ? Répondre à des enjeux industriels de performances, car le saphir est utilisé dans plusieurs secteurs : défense, santé, énergie... D'un autre côté, c'est aussi un moyen de développer les activités de recherche du laboratoire et de conserver une position de leader.

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Le saphir trouve plusieurs applications dans l'industrie ou l'artisanat : horlogerie, bijouterie de luxe, la microélectronique (lasers, substrats pour LED, lentilles de smartphone...), défense, santé, luxe, détecteurs d'ondes gravitationnelles... Autant d'usages qui dépendent de la qualité des cristaux.
Le saphir trouve plusieurs applications dans l'industrie ou l'artisanat : horlogerie, bijouterie de luxe, la microélectronique (lasers, substrats pour LED, lentilles de smartphone...), défense, santé, luxe, détecteurs d'ondes gravitationnelles... Autant d'usages qui dépendent de la qualité des cristaux. (Crédits : DR Kheirreddine Lebbou)

Allier recherche et industrie autour du saphir, c'est le projet du laboratoire commun (LabCom) SaphirLab. Financé par l'Agence nationale de la recherche (ANR), ce labcom qui a vu le jour en début d'année fédère ainsi l'institut Lumière Matière (iLM, CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1, laboratoire académique, et la société grenobloise RSA Le Rubis, spécialiste des cristaux de saphir, sur le campus Lyon Tech-La Doua.

Le saphir trouve plusieurs applications dans l'industrie ou l'artisanat : horlogerie, bijouterie de luxe, la microélectronique (lasers, substrats pour LED, lentilles de smartphone...), défense, santé, luxe, détecteurs d'ondes gravitationnelles... Soit autant d'usages qui dépendent de la qualité des cristaux.

"C'est un cristal très stratégique", d'après Kheirreddine Lebbou, directeur de recherche au CNRS, à la tête du laboratoire spécialisé dans les cristaux au sein de l'Institut Lumière Matière.

Le fruit d'un long partenariat

"Basée en région grenobloise, RSA Le Rubis est une société principalement spécialisée dans la fabrication du saphir par le procédé Verneuil pour l'industrie horlogère", précise les deux partenaires.

C'est en 2004 qu'ont commencé les liens entre la société RSA le Rubis et l'ILM. "C'est l'un des leaders européens dans la fabrication de saphir avec la méthode Verneuil", affirme Kheirreddine Lebbou. "Au début des années 2000, il y a eu un boom des différentes applications (optique, panneaux solaires...). RSA Le Rubis a voulu développer ces applications et a donc travaillé avec notre laboratoire", poursuit le directeur de recherche.

A partir de ce moment, les deux entités ont travaillé ensemble pour améliorer les performances du saphir, c'est-à-dire en vue de créer un nouvel objet sans défaut. L'aboutissement de ce partenariat, vieux de plus de quinze ans est donc matérialisée par ce laboratoire commun.

L'annonce de la validation du programme est tombée en mai 2021, avec une phase de préparation du consortium, qui a courue jusqu'à la fin de l'année. Un travail avec des juristes, qui évite aussi par la suite des conflits de propriété intellectuelles. Le 1er janvier 2022, la première phase du projet était amorcée, mais à cause de la crise sanitaire, la laboratoire n'a pas pu être inauguré avant avril 2022.

Trois grands objectifs

Ces laboratoires communs, créées par l'ANR, ont pour objectif de permettre aux industriels et à la recherche de combiner leurs efforts en matière de R&D. Ils ont une durée de vie de cinq ans et une période de pérennisation des projets qui est également de cinq ans. Durant cette période, ce sont donc les industriels et l'État français, via l'ANR, qui fournissent une enveloppe afin de financer les travaux de recherches tandis que par la suite, l'industriel prendra ensuite le relai.

Le SaphirLab a plusieurs objectifs : améliorer la qualité des saphirs tout en venant analyser et comprendre ses défauts (bulles, fractures) et leur origine. Ensuite, il s'agit de développer des saphirs de couleurs innovantes et enfin "d'innover technologiquement sur toutes les étapes de croissance et de caractérisation du saphir, mais aussi des céramiques, autre matériau à forts enjeux".

Côté industriel, le labcom se veut aussi comme un levier pour augmenter la productivité de RSA Le Rubis et tenir une position sur le marché de la céramique, ainsi que de s'essayer à d'autres méthodes que Verneuil (EFG, Czochralski).

Faire face à la concurrence

Pour les chercheurs de l'équipe,"ce laboratoire permet de conserver un leadership dans le domaine de la recherche du saphir. Les cristaux et la recherche sont très coûteux, d'où l'intérêt de travailler avec un partenaire industriel. Avec la Chine, la Russie, les États-Unis et le Japon, la concurrence est rude et exacerbée pour fabriquer les meilleurs matériaux", affirme Kheirreddine Lebbou.

Autre avantage à ce partenariat avec un industriel : "Pour maîtriser son procédé, il faut maîtriser sa matière première." Car RSA fourni ici la matière première qui est l'alumine. "En bijouterie, le prix dépend de la couleur, le bleu étant le plus dur à produire." En maîtrisant la matière première, la vitesse de tirage et la taille, il est ainsi plus facile de générer des couleurs.

Sans oublier bien entendu, l'aspect stratégie de ce partenariat recherche-industrie, qui porte avant tout sur la mise à disposition de compétences. "Du côté du monde de la recherche, nous ne disposions jusqu'ici pas des moyens humains suffisants pour mener ce genre de travaux. Pour un laboratoire du même type au Japon par exemple, ils sont trente, alors qu'ici nous ne sommes que deux." A travers ce projet, RSA met ainsi à disposition six collaborateurs, contre sept pour l'ILM.

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