Quand on l’interroge sur son choix de se consacrer à la recherche, Sébastien Fernandez répond avec humilité : « Je n’ai pas une formation de théoricien. J’avais envie de continuer à faire de l’ingénierie en étant proche des chercheurs, des physiciens, de la physique fondamentale. » À 31 ans, ce diplômé de l’ISAE-Supaero a troqué les systèmes optiques de l’industriel Sodern contre une allocation de recherche de trois ans. Doctorant affilié au Laboratoire Temps Espace de l’Observatoire de Paris, il travaille dans les locaux du CNES à Toulouse. Sa thèse est co-financée par l’agence spatiale française et l’Agence de l’innovation de défense du ministère des Armées (AID). 

« J’avais déjà une petite histoire avec le CNES »

En 2022, lorsque Sébastien décide de se lancer, c’est tout naturellement qu’il sonde la plateforme d’appels à contribution du CNES. « J’avais déjà une petite histoire avec le CNES, car j’y ai fait deux stages », précise-t-il. En effet, en 2017, Sébastien est responsable de l’instrument optique du nanosatellite EyeSat. Un an plus tard, il s’envole pour le Centre spatial guyanais et découvre les campagnes de préparation des satellites. 

Fasciné par l’optique spatiale, l’observation de la Terre et de l’Univers, il trouve alors le sujet de recherche idoine. « L’enjeu de ma thèse est de comparer la fréquence de battement de deux horloges optiques distantes d’environ 100 km. Je construis un système de communication laser qui les connecte, via un relais aéroporté », explique Sébastien Fernandez. 

Embarqué à bord d’un ballon à l’hélium volant à 300 mètres du sol, son système retransmet un laser dont la fréquence est accordée à l’une des horloges. « C’est une application très concrète de la théorie de la relativité d’Einstein qui prédit que l’écoulement du temps varie selon l’altitude de l’horloge qui le mesure. » Relever cette variation de rythme en différents points du globe permettra de cartographier la hauteur du sol et le relief d’une zone donnée, avec une précision centimétrique inégalée. 

Préparer la suite du projet Pharao

Son travail préfigure la mise en orbite de la génération d’horloges optiques spatiales qui prendra la suite de Pharao. Depuis avril 2025, cette horloge navigue à bord de la Station spatiale internationale. Sa fréquence est comparée en permanence avec des horloges de référence au sol. « Le lien laser sur lequel je travaille permettra d’affiner encore la mesure déjà exceptionnelle de cette variation de rythme », formule-t-il. Sur le site d’Aire-sur-l’Adour dans les Landes, le chercheur profite des installations du CNES pour tester son ballon. À Toulouse, deux coupoles astronomiques lui ont été mises à disposition pour expérimenter son lien optique. « J’ai beaucoup de soutien et de conseils de la part des opticiens qui m’entourent et de mes deux encadrants. » 

Alors que la rédaction de son manuscrit touche à sa fin, le doctorant dresse le bilan de ses trois années de thèse. « On dispose de beaucoup de moyens et de liberté d’esprit pour tester des choses. J’ai appris à travailler dans un cadre très ouvert, sans savoir exactement où cela mènera », observe-t-il. La recherche comme espace d’expériences, loin du cahier des charges formel propre à l’industrie. « Cela demande de la rigueur, car il faut être capable de rendre compte de nos avancées. C’est l’occasion d’apprendre et de développer une méthodologie de travail très précieuse. » Après sa soutenance, Sébastien Fernandez se verrait bien poursuivre sa carrière d’ingénieur au sein du CNES.