Michael Robertson : pionnier des communications optiques déconnectées du réseau

Oct 30, 2023

Ayant passé plus de 40 ans à travailler dans les communications optiques,Michel Robertson est l'un des plus anciens experts mondiaux dans le domaine de la fibre optique. A l'occasion de sa retraite, il parle avec Anita Chandran de la recherche interdisciplinaire, des percées qu'il a faites et des bons et mauvais côtés de la fibre optique au Royaume-Uni.

La possibilité de simplement télécharger un livre, une vidéo ou un PDF à partir d'Internet est quelque chose de facile à prendre pour acquis. Imaginez combien de temps il faudrait pour recevoir ce même fichier envoyé par courrier. Qu'il s'agisse de médias sociaux, d'actualités, d'émissions de télévision, de films ou d'articles universitaires, Internet peut vous y donner accès presque instantanément. C'est une révolution dans notre économie de l'information qui a véritablement transformé le monde moderne.

L'histoire des télécommunications commence à la fin des années 1850, lorsqu'un câble de cuivre de 3000 km de long transmettant des signaux électriques a été posé entre la Grande-Bretagne et les États-Unis, permettant à la reine Victoria d'envoyer le premier télégramme transcontinental. Le message, adressé au président américain James Buchanan, a mis plus de 17 heures à être transmis mais ne contenait que 98 mots, soit moins de 500 octets d'informations. Les réseaux de télécommunications d'aujourd'hui, en revanche, nous permettent de transmettre des gigaoctets de données à travers les océans en quelques secondes, principalement grâce à la technologie de la fibre optique.

Pour envoyer un message sur un câble à fibre optique, il doit d'abord être converti en un signal optique, comme des impulsions ou des éclairs de lumière, avant d'être envoyé le long de la fibre de verre aussi efficacement que possible. Le signal doit ensuite être détecté et retranscrit sous forme de données. Il s'agit d'un processus en plusieurs étapes nécessitant une technologie de pointe qui a été en partie développée et mise en œuvre par le physicien pionnier Michael Robertson qui vient de raccrocher ses lunettes laser après près de 43 ans dans les communications par fibre optique.

Robertson a passé sa carrière dans le centre de recherche en photonique de renommée mondiale de Martlesham Heath à Ipswich. Un laboratoire d'entreprise qui était initialement connu sous le nom de Post Office Research Station, il a traversé de nombreuses propriétés différentes au fil des ans et s'appelle maintenant Adastral Park. Ici, Robertson a développé une technologie qui a considérablement augmenté la vitesse à laquelle les données pouvaient être transférées dans les câbles de communication à fibre optique. Les travaux entrepris par Robertson et son équipe ont continué à étayer une grande partie de l'infrastructure Internet sur laquelle nous comptons aujourd'hui - même les piliers de la pandémie, Zoom et Skype, utilisent la technologie qu'ils ont développée.

Bien sûr, vous avez besoin de l'électronique pour fonctionner de plus en plus vite, mais c'est la même fibre [optique]... c'est ce que nous avons réalisé, des débits de données bien plus élevés sur la même fibre."

Les recherches de Robertson se sont concentrées sur les lasers utilisés pour transmettre les signaux optiques dans les câbles et les détecteurs utilisés pour les recevoir. "Nous avons commencé à quelque chose comme 8 mégabits [par seconde] au début des années 80 et maintenant nous sommes à 25 gigabits", dit-il. Ce nombre augmente encore plus lorsque les systèmes sont "multiplexés" ensemble, ce qui permet effectivement d'envoyer plusieurs signaux simultanément dans un seul câble optique. "Lorsque vous le multiplexez, nous parlons de 100 gigabits ou même plus, ce qui donne une augmentation massive avec très peu d'inconvénients." Les travaux signifient qu'une infrastructure supplémentaire minimale a été nécessaire pour transmettre plus de 10 000 fois plus de données qu'il était possible dans les années 1980.

"Bien sûr, vous avez besoin de l'électronique pour fonctionner de plus en plus vite, mais c'est la même fibre [optique]", explique Robertson. "C'est donc ce que nous avons réalisé, des débits de données bien plus élevés sur la même fibre." Cela signifie qu'un clip vidéo qui aurait pris plus d'une heure à télécharger dans les années 1980 est désormais accessible en moins d'une seconde, même si le signal est toujours transmis par les mêmes fibres optiques.

Robertson a commencé son parcours en tant que physicien à l'Université de St Andrews, dont il est diplômé en 1976, avant de déménager à l'Université de Durham pour faire un doctorat sur les cellules solaires au sulfure de cadmium. "Je voulais faire quelque chose d'utile", dit-il, "je pensais que l'énergie solaire était importante pour l'avenir. Une fois [mon doctorat] terminé, je voulais continuer à faire quelque chose d'utile." Robertson a quitté Durham en 1979 alors que, note-t-il, "les télécommunications optiques commençaient tout juste à décoller".

Il a pris un emploi à la Post Office Research Station, mais elle a rapidement été reprise par British Telecom (BT), devenant BT Research Laboratories (BT Labs). Ici, en tant que physicien expérimental, il a travaillé sur les lasers à semi-conducteurs et les photodiodes, qui sont des composants clés des réseaux de communications optiques. Robertson apprenait vite, consolidant la physique du solide qu'il avait acquise au cours de son doctorat avec de nombreuses autres compétences.

« J'ai fait beaucoup de choses différentes en optoélectronique : j'ai fait de l'épitaxie, j'ai fait de la modélisation et j'ai travaillé dans la fiabilité du laser. C'est là que j'ai commencé », dit Robertson, ajoutant que la fiabilité du laser était « le gros problème au début ». Les dispositifs laser basés sur des semi-conducteurs fonctionnaient à des densités de courant élevées, ce qui signifiait qu'une grande quantité de courant électrique devait traverser une petite zone, ce qui les rendait susceptibles de tomber en panne. "Ils duraient une journée", se souvient-il, "et nous devions travailler pour qu'ils durent jusqu'à 25 ans. C'est le genre de vie qu'ils peuvent faire maintenant." C'est également le type de durée de vie dont ces diodes ont besoin pour des performances fiables dans les réseaux de communications optiques.

Vers 1989, Robertson a apporté son expertise à un petit laboratoire à environ un kilomètre de Martlesham Heath connu sous le nom de BT&D, que BT avait mis en place avec le géant américain DuPont. Il s'appelle lui-même "le gars technique en charge des projets de détecteurs", une description discrète qui dément l'influence de son travail en physique du solide chez BT&D. C'est là que Robertson et son équipe ont mis en œuvre pour la première fois une technique connue sous le nom d'épitaxie en phase vapeur organométallique (MOVP) pour la croissance de certains types de cristaux semi-conducteurs à plusieurs couches. Ces semi-conducteurs sont utilisés dans de nombreux composants essentiels qui composent les systèmes de communication à fibre optique, notamment les modulateurs, les détecteurs et les lasers.

La technique de croissance MOVP a été lancée à l'origine par Rodney Moss, un scientifique également basé chez BT pendant de nombreuses années. Cela a permis, selon les mots de Robertson, "un changement radical" dans le paysage des communications optiques. Avant les travaux de Robertson sur MOVP chez BT&D, les semi-conducteurs ne pouvaient être cultivés qu'en petits morceaux avec une fiabilité médiocre. Cela limitait leur utilisation, notamment dans la détection de petits signaux à l'extrémité des réseaux de télécommunications. Mais avec MOVP, Robertson a pu faire pousser des cristaux semi-conducteurs beaucoup plus gros. Ceux-ci étaient très fiables et, surtout, permettaient également des détecteurs optiques à grande vitesse qui pouvaient capter les signaux qui se modulaient plus rapidement, augmentant ainsi la vitesse à laquelle les données pouvaient être collectées.

Après un an chez BT&D, Robertson est retourné dans les laboratoires de BT à Martlesham Heath, et en 1993, lui et son équipe à la fois chez BT et BT&D ont remporté le Queen's Award for Technology (qui fait maintenant partie des King's Awards for Enterprise) pour leur travail sur les matériaux optoélectroniques. et appareils. Mais ensuite, en 2000, pendant le boom des "dot com", la société a vendu l'installation dans laquelle travaillait Robertson au géant américain des communications optiques Corning. Lorsque la bulle Internet a éclaté au début des années 2000, Corning s'est retiré de Martlesham Heath, laissant derrière lui une grande partie de l'infrastructure et de l'équipement du laboratoire. Le site a été repris par l'Agence de développement de l'Est de l'Angleterre, à partir de laquelle Robertson et son patron de l'époque, David Smith, ont formé une start-up appelée le Center for Integrated Photonics (CIP) en 2003. Le centre a existé jusqu'en 2012, date à laquelle le gouvernement a mis fin aux agences de développement et CIP a été vendu à la société technologique chinoise Huawei, dont il reste aujourd'hui propriétaire.

La nature en constante évolution du laboratoire, et la carrière de Robertson au sein de celui-ci, est un emblème du visage changeant de l'industrie des télécommunications au Royaume-Uni. Chaque entreprise avait ses propres caractéristiques, stratégies et inconvénients. "Nous avions le plus de liberté à l'époque de BT", explique-t-il, considérant BT comme une opération de renommée mondiale qui, à bien des égards, a été pionnière dans le domaine. Huawei, d'autre part, a donné au laboratoire son objectif commercial le plus clair. "Nous sommes plus proches du point culminant de Huawei. Ils veulent quelque chose que nous pouvons vendre."

Certains politiciens et commentateurs ont remis en question l'implication de Huawei dans un domaine aussi médiatisé, le gouvernement britannique ayant soulevé des problèmes de sécurité contre l'entreprise en 2020. Le gouvernement a déclaré qu'il souhaitait que Huawei soit retiré des réseaux 5G du Royaume-Uni d'ici 2027 et a également a conseillé aux entreprises de fibre optique de se distancer des équipements Huawei. Mais interrogé sur les critiques adressées à Huawei, Robertson semble relativement optimiste. "En ce qui concerne les problèmes de sécurité dont vous avez entendu parler dans la presse, [à Martlesham Heath] nous sommes complètement séparés de tout cela. Les choses que nous faisons sont des recherches sur les matériaux, donc il n'y a pas de porte dérobée; nous pouvons simplement continuer à être des physiciens et des scientifiques des matériaux, ce dont je suis ravi. Huawei se donne beaucoup de mal pour s'assurer qu'il ne fait rien qu'il ne devrait pas faire.

La poursuite d'une meilleure science et technologie - indépendamment d'un environnement de travail changeant - a toujours été un grand moteur pour Robertson, et travailler dans une entreprise lui convenait bien.

Alors que de nombreux physiciens apprécient la liberté intellectuelle des environnements de recherche universitaire, Robertson dit qu'il n'a jamais été retenu par le fait de travailler dans l'industrie, où ils avaient accès à plus de financement et à un meilleur équipement. Il y avait, ajoute-t-il, "plus d'accent sur un résultat", alors que dans les universités, vous aviez plus de flexibilité.

Les universitaires peuvent vouloir poursuivre leurs théories plutôt que d'être contraints, mais je n'ai jamais été comme ça. J'ai toujours été heureux de faire quelque chose et de voir si ça marche.

"J'étais content de suivre le courant", dit-il. "Plus de gens universitaires voudront peut-être poursuivre leurs théories plutôt que d'être contraints, mais je n'ai jamais été comme ça. J'ai toujours été heureux de faire quelque chose et de voir si ça marche." Robertson pense qu'il faut "un certain type de personnage" pour consacrer sa vie à un domaine étroit particulier, mais ajoute qu'il "a été béni de pouvoir travailler sur toutes ces choses différentes".

Dans une si longue carrière, y a-t-il quelque chose que Robertson aurait changé ? Il ne souligne pas les contributions individuelles de son équipe, mais plutôt l'échec de BT et du gouvernement britannique à investir dans la technologie fibre jusqu'au domicile (FTTH ou FTTP). Le FTTH est l'infrastructure permettant de fournir des câbles à fibre optique directement aux maisons, aux immeubles résidentiels ou aux bureaux, afin d'offrir aux locataires et aux employés des débits Internet élevés.

"Le Royaume-Uni a des kilomètres de retard sur le reste du monde en matière de déploiement de la fibre", dit-il. Cela signifie que l'accès à Internet haut débit est à la traîne au Royaume-Uni par rapport à d'autres pays. Robertson attribue cela au manque d'investissement initial de BT.

"Il y a près de 20 ans, j'étais impliqué dans la promotion du FTTH d'un point de vue technique, mais c'est vraiment le responsable financier qu'il faut convaincre", dit-il. Le gouvernement, explique-t-il, était en pourparlers avec BT sur le déploiement du FTTH, mais ils craignaient également la formation d'un monopole dans l'industrie des télécommunications, et hésitaient donc à dépenser le "coût massif" du FTTH sur BT - même si, Robertson estime qu'il s'agirait d'un montant relativement modeste de quelques milliards de livres. Dans le même temps, BT n'était pas disposé à investir dans la technologie elle-même, car il craignait que le gouvernement ne force l'entreprise à ouvrir son réseau de fibre à la concurrence. Une impasse s'est formée et la chance de construire un réseau FTTH au Royaume-Uni a été perdue.

Robertson pense cependant que l'investissement peut encore aider le réseau FTTH du Royaume-Uni. "C'est décevant, mais [FTTH] est en cours de déploiement, donc c'est bien", dit-il. "En 2019, le Royaume-Uni était en fait en bas de la liste en Europe pour la fibre jusqu'au domicile. Nous sommes maintenant 36e."

En repensant à une carrière qui a couvert l'optique, l'électronique, les lasers, la modélisation et les sciences de l'information, Robertson a aimé travailler dans de nombreuses disciplines de la physique, se décrivant comme "plus un généraliste" que quelqu'un qui adhère à une discipline spécifique. Cette expérience diversifiée l'a finalement amené à devenir directeur de la recherche et de la collaboration chez Huawei, gérant les liens entre l'entreprise et d'autres instituts de recherche universitaires et d'entreprise à travers la Grande-Bretagne et le reste de l'Europe. Aujourd'hui âgé de 66 ans, Robertson a officiellement pris sa retraite mais, comme de nombreux physiciens, il garde toujours un pied dans la porte de Huawei quelques jours par mois.

"Je ne considère pas ma carrière comme quelque chose de spectaculaire", déclare Robertson, qui reste résolument terre-à-terre à propos de ses vastes contributions aux communications optiques. Et lorsqu'on lui demande si sa famille plaisante en disant qu'il est la raison pour laquelle la télévision fonctionne ou pourquoi les vidéos peuvent être téléchargées si rapidement, il sourit d'un air déprécié et dit "occasionnellement". Ses collègues, en revanche, sont plus francs quant à son impact sur le domaine des communications optiques.

Il sera trop humble pour le dire, mais son travail a profité à quiconque au Royaume-Uni disposant d'une connexion Internet

"La carrière de Michael à Martlesham Heath est un voyage à travers le développement de l'industrie optoélectronique", déclare Michael Hill-King, directeur de la collaboration chez Huawei UK. "Il sera trop humble pour le dire, mais son travail a profité à quiconque au Royaume-Uni disposant d'une connexion Internet." C'est un point de vue partagé par Henk Koopmans, directeur général de la recherche et du développement de Huawei UK, "Michael devrait être très fier de la contribution significative qu'il a apportée au développement de la photonique au Royaume-Uni."