Capter les rayonnements infrarouges, c'est détecter ce que l'œil humain ne perçoit pas : la chaleur d'un feu de forêt, la présence d'un astéroïde dans une zone a priori vide, une étoile lointaine s’éloignant de nous et dont la lumière s’étire vers le rouge... En somme, cela permet de déceler tous les corps de faible température, que les instruments qui utilisent la lumière visible ne peuvent pas observer directement. Dans le domaine de l'exploration spatiale, les télescopes dotés de tels capteurs permettent par exemple de repérer, à de grandes distances, des astres faiblement lumineux. 

Ils sont également utilisés sur plusieurs satellites d’observation de la Terre comme Sentinel-2 ou CSO. Mais leur coût reste à ce jour très important : les détecteurs infrarouges actuels restent chers, complexes à fabriquer et particulièrement sensibles aux rayonnements cosmiques. Dès lors, comment améliorer leur robustesse et réduire les coûts ? Une partie de la réponse est peut-être détenue par Alexandre Neyret.

Des détecteurs complexes et coûteux

Doctorant en 3ᵉ année au service Opto-électronique de détection du CNES à Toulouse, le jeune homme expérimente actuellement une alternative prometteuse et avantageuse économiquement : des capteurs infrarouges recouverts de nanocristaux colloïdaux, des nanoparticules semi-conductrices. Outre ses recherches dans ce domaine encore jeune, l’ingénieur a également participé au développement du dispositif permettant de tester sur Terre les caractéristiques de cette technologie.

Reste une question cruciale : pourquoi l'électronique se détériore autant dans le vide spatial ? « Les satellites orbitent à plusieurs centaines, voire des milliers de kilomètres de notre planète. De ce fait, ils sont beaucoup moins protégés que nous par l'atmosphère et le champ magnétique terrestre », détaille Alexandre Neyret. À cette exposition s'ajoutent les particules du vent solaire, celles piégées dans le champ magnétique terrestre, et d'autres, très énergétiques, venant de différents points de la galaxie. « Cet ensemble forme un cocktail de particules énergétiques qu'on ne retrouve pas sur Terre », néfastes pour les instruments.

Une technologie émergente testée in vitro

« L’usage de nanocristaux est un procédé vraiment novateur », résume-t-il. Une technologie qui intéresse autant l'astronomie que les sciences de la Terre ou la défense. Leur utilisation constitue une opportunité de fournir des capteurs à faible coût pour l’observation dans le proche et moyenne infrarouge.

« Au CNES et dans l'industrie, de nombreux travaux sont menés afin de trouver de nouvelles solutions pour améliorer la résistance des capteurs spatiaux. Ces innovations, lorsqu’elles sont mises au point, doivent encore être éprouvées avant d’être envoyées dans l’espace, notamment aux radiations qui endommagent les composants. Il est donc impératif d’étudier au préalable leur comportement dans un environnement maîtrisé », détaille le doctorant.

Un niveau de résistance inédit

Premier enseignement des recherches d’Alexandre : les capteurs à base de nanonocristaux résistent bien mieux aux radiations qu'attendu. « Nous avons été surpris par la résilience des cristaux, dont les capacités sont très prometteuses. » Concrètement, de la dégradation a bien été observée, mais uniquement à des doses de radiation très supérieures à celles rencontrées lors d'une mission spatiale réelle.

Dans le détail, les nanocristaux font fonctionner un circuit électronique (le circuit de lecture) chargé de collecter le signal – ou lumière – pour former l'image. Or, c’est la grande sensibilité de ce dernier aux radiations spatiales qui rend cette technologie si complexe. « Nos expériences ont permis de montrer que le signal capté se détériore beaucoup plus vite [dans le circuit de lecture] que dans le film de nanocristaux. Comme la résistance totale d’un système se définit selon le plus sensible des deux éléments, il faut désormais se concentrer non plus sur les nanocristaux, mais plutôt sur le circuit de lecture, si on veut améliorer la résistance de l’ensemble. »

De l'infrarouge satellite à une thèse au CNES

L’intérêt d'Alexandre Neyret vers l’optique spatiale infrarouge remonte à son arrivée en école d’ingénieur Un stage au Centre national de recherche scientifique (CNRS), où il exploitait des données satellites dans cette même longueur d’ondes pour les sciences de la Terre, a confirmé cet attrait : « Ça m'a permis de mesurer l’étendue du potentiel de ces capteurs. Persévérer dans ce domaine était donc un sujet qui me tenait à cœur. »

Quand l'opportunité d'une thèse alliant infrarouge, environnement spatial et données concrètes s'est présentée avec le CNES, le doctorant n’a donc guère hésité – au détriment d'un autre sujet de recherche, cette fois dans le domaine visible.

Le quotidien de la thèse d’Alexandre Neyret s'est réparti entre plusieurs lieux et partenaires. En collaboration avec l'Institut des Nanosciences de Paris, qui a conçu et fabriqué les composants, ainsi qu'avec le laboratoire de l'ISAE‑SUPAERO et le CNES, le doctorant a bénéficié du soutien de New Imaging Technology pour son expertise en capteurs d’image, et de Thales Alenia Space. Ces deux collaborations ont constitué des atouts essentiels à la réussite du projet, dont l’un des principaux défis a consisté à coordonner efficacement l’ensemble du consortium.

« L’essentiel du travail expérimental s'est passé à Paris », précise Alexandre Neyret, qui a consacré un tiers de son temps en salle blanche à caractériser la réponse des détecteurs. En physique, la caractérisation consiste à évaluer et à quantifier la manière dont un capteur ou un appareil de mesure réagit à un stimulus physique (lumière, température, etc.). En plus de de ces travaux, le doctorant a également procédé au traitement de données, à la recherche bibliographique et à la rédaction d’articles.

Ce qui distingue cette thèse d'un travail académique plus classique, selon le jeune homme, réside principalement dans la complémentarité des agences partenaires à l’origine de ses travaux. « On a réussi à réunir toute l'expertise en physique, en synthèse, en dépôt de matériaux, du laboratoire à Paris, et l'expertise en radiation dont dispose l'ISAE-SUPAERO. » D’autre part, il a apprécié la grande flexibilité permise par son environnement de travail.

Pourtant, son parcours n'a rien eu d'une ligne droite. Faute de données de référence – du fait que cette technologie n'avait jamais été irradiée auparavant –, la première année et demie a été marquée par une phase d'essais-erreurs sans avancée significative, avant d’obtenir enfin des résultats probants.

Une thèse soutenue par le CNES via le programme PDOC+

Pour Alexandre Neyret, le financement du CNES dont il a bénéficié dans le cadre du programme PDOC+ (lire encadré) constitue une réelle opportunité. 

Une expérience réussie pour le doctorant, qui recommande sans hésiter aux futurs ingénieurs de postuler à une thèse cofinancée par le CNES et un partenaire industriel : « Ce mode de fonctionnement très formateur constitue un tremplin potentiel pour la suite de ma carrière, d'autant plus si l'on veut continuer dans le domaine spatial. »

Sa thèse bientôt achevée, Alexandre Neyret envisage de poursuivre dans le domaine de la recherche appliquée au spatial et à la détection, en visant un poste hybride qui pourrait mêler recherche et gestion de projet. Un équilibre qu'il pense pouvoir trouver plus facilement dans certaines fonctions, notamment au CNES. Le service de détection dans lequel il a effectué sa thèse figure parmi ses pistes, sans pour autant se focaliser uniquement sur l’optique l'infrarouge : d'autres domaines spectraux l'intéressent tout autant.

Publication et travaux d'Alexandre Neyret

• A. Neyret, D. Mastrippolito, B. Xia, et al. “ Infrared Nanocrystals for Space Application: Hardness to Irradiations.” Advanced Functional Materials 36, no. 37 (2026): e24191.https://doi.org/10.1002/adfm.202524191
   
• Deux articles publiés depuis sur le sujet: - Alexandre Neyret, Albin Colle, Dario Mastrippolito, Mariarosa Cavallo, Pierre Giudicelli-Vernet, Clemence Villefroy, Anna Gagliardi, Dipak Maity, Marco Paye, Jiho Roh, Valentin Bonnet, Clement Gureghian, Tommaso Gemo, Adrien Khalili, Bingbing Xia, Emrick Briand, Ian Vickridge, Stephane Demiguel, Sebastien Massenot, Jean-Marc Belloir, Debora Pierucci, Vincent Goiffon, Emmanuel Lhuillier; Hardness of Infrared Nanocrystal-Based Photodiode to Irradiations for Space Applications. ACS Appl. Electron. Mater. 28 July 2026; 8 (14): 5967–5978.https://doi.org/10.1021/acsaelm.6c00756
   
• C. -M. Zhang et al., "Total Ionizing Dose Effects on a PbS-CQD-Based CMOS Direct-Conversion X-Ray Image Sensor," in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 73, no. 7, pp. 2637-2644, July 2026, doi: 10.1109/TNS.2026.3703921