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Claude Fermon : Ces capteurs magnétiques au service de nos vies

Portraits de chercheurs Article publié le 25 mars 2021 , mis à jour le 25 mars 2021

Claude Fermon est directeur de recherche au CEA et travaille au sein du Service de physique de l'état condensé (SPEC - Université Paris-Saclay, CNRS, CEA), où il a créé puis dirigé le Laboratoire nanomagnétisme et oxydes (LNO) jusqu’en 2019. Reconnu internationalement pour le développement de capteurs magnétiques à base d’électronique de spin, que l’on trouve aujourd’hui partout dans la vie quotidienne, de l’automobile à l’imagerie médicale en passant par les systèmes d’information, il vient de recevoir son troisième prix de l’Académie des sciences. 

Au sein du LNO, les travaux des chercheurs se répartissent entre recherche fondamentale et appliquée, un équilibre pensé dès la création du laboratoire en 1998, avec Michel Viret et Myriam-Pannetier-Lecoeur. En binôme avec cette dernière, Claude Fermon s’est spécialisé dans le développement de capteurs magnétiques à base d’électronique de spin pour une multitude d’applications. « Le capteur magnétique permet de recevoir une information à distance, sans contact. Si on exclut les antennes de réception qui ont modelé la société d’aujourd’hui, près de 3 milliards de capteurs sont produits tous les ans. »

La grande aventure du nanomagnétisme 

Pourtant, on peut dire que Claude Fermon est arrivé à l’électronique par le chemin des écoliers. Reçu au concours de mathématiques de l’ENS Paris en 1981, il s’attarde d’abord en botanique avant de véritablement faire de la physique. Il soutient sa thèse sur l’ordre magnétique nucléaire à l’Université Pierre et Marie Curie en 1986. « Les années 80-90 correspondent au grand envol des nanosciences. Grâce au développement de nouvelles technologies de dépôt, de micro-fabrication, de lithographie et d’observation, nous pouvions tout à coup atteindre des tailles nanométriques. Tous les outils développés durant ces années ont complétement modifié notre connaissance de la matière condensée », se souvient le chercheur. Recruté directement après sa thèse par le CEA, il a carte blanche dans les années 94-95 pour se lancer dans le nanomagnétisme, comme le font au même moment d’autres laboratoires de Saclay, tels le Laboratoire de physique des solides (LPS – Université Paris-Saclay, CNRS) ou l’ex-Institut d’électronique fondamentale (IEF), qui a depuis fusionné avec le Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN) pour devenir le Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N – Université Paris-Saclay, CNRS).

Nanocapteurs, grande sécurité 

Claude Fermon est notamment à l’origine de la mise au point de capteurs magnétiques pour le secteur de l’automobile. « Chaque véhicule de moyenne gamme en possède normalement entre 60 et 80. Ils servent à mesurer la vitesse, surveiller le moteur, contrôler l’ouverture des portes ou la position du volant. » C’est dans le cadre de la société de transfert CrivaSense Technologies, créée en 2014 par Claude Fermon et Myriam Pannetier-Lecoeur en joint-venture avec le leader mondial des capteurs magnétiques, l’américain Allegro microsystems, que ces nouveaux capteurs sont conçus puis commercialisés. « Cette forte collaboration entre Allegro et le CEA a débouché, de notre côté, sur le montage d’une chaîne de prototypage de capteurs spintroniques vraiment compétitive sur le plateau de Saclay, et pour Allegro, sur le développement d’une gamme de capteurs spintroniques qui s’étoffe régulièrement. » La société comporte aujourd’hui 16 collaborateurs, dont un certain nombre de docteurs et de post-doctorants du LNO, et Claude Fermon et Myriam Pannetier-Lecoeur continuent d’y apporter régulièrement leur soutien scientifique. « En fait, nous utilisons l’électronique de spin pour développer une nouvelle génération de capteurs plus sensibles et robustes, qui conjuguent économies d’énergie et sécurité accrue. » 

Des IRM hyper sensibles

Aujourd’hui, Claude Fermon se focalise sur des applications dans le domaine de la santé. Un de ses objectifs est de développer l’imagerie à résonance magnétique (IRM) « à très bas champ (10 mT) » pour des populations actuellement exclues de l’IRM conventionnelle « à haut champ », comme les patients qui possèdent des implants métalliques ou les bébés prématurés. « La sensibilité des capteurs de détection est la clé de l’IRM à bas champ : ils doivent entrer dans le domaine de l’atto-Tesla. » Un premier système, destiné au cerveau, s’installe en ce moment même au centre de recherche NeuroSpin (Université Paris-Saclay, CEA). « Il est quasiment fini. Dans six mois, nous pourrons réaliser des images réelles. Et un deuxième système, pour l’imagerie médicale des nouveau-nés, est en cours de construction à l’hôpital Robert Debré », se réjouit Claude Fermon. Ce second projet, soutenu par l’ANR, se fait en partenariat avec le laboratoire d'Imagerie biomédicale multimodale Paris-Saclay (BIOMAPS - Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, Inserm), les hôpitaux Robert Debré et du Kremlin-Bicêtre, et NeuroSpin.

Mesurer l’activité électrique du cerveau

Mais déjà en 2008, Myriam Pannetier-Lecoeur et Claude Fermon reçoivent conjointement le prix Aimé Poirson de l’Académie des sciences pour le développement de capteurs ultra-sensibles, à base d’électronique de spin et de supraconducteurs, appliqués avec succès à des mesures de biomagnétisme. « Ces capteurs mesurent l’activité électrique du corps humain à travers les signaux magnétiques qu’il génère, explique le chercheur. Ils sont principalement utilisés en magnétocardiographie (MCG) et en magnétoencéphalographie (MEG), c’est-à-dire en imagerie fonctionnelle du cerveau. » Un laboratoire MEG rejoint d’ailleurs Neurospin, avec l’aide de Stanislas Dehaene, et vient compléter l’imagerie fonctionnelle par IRM. « En parallèle, nous développons aussi beaucoup de choses autour de la microscopie magnétique, complète le chercheur. Contrôle non destructif, géologie, paléo-magnétisme, le champ de recherche est infini, ainsi que le type de partenaires industriels : exploration pétrolière, sécurité, communications, aéronautique … »

Une recherche collaborative intense

Précurseur dans le développement des capteurs électroniques à base de spin, Claude Fermon est aujourd’hui à la pointe internationale de cette recherche. Le physicien saisit d’ailleurs très tôt l’opportunité des programmes de financement européens et entre 1998 et 2008, il coordonne successivement cinq projets. Il dépose pas moins de 35 brevets dans des secteurs très divers, dont la moitié en copropriété avec des industriels. « Finalement, ce sont plutôt les grandes entreprises qui sont nos principaux concurrents aujourd’hui », constate-t-il. Bien qu’il considère ses résultats comme le fruit d’un travail de recherche collectif, il vient de recevoir avec plaisir son troisième prix de l’Académie des sciences, le prix Émilia Valori pour l'application des sciences 2020.

Développer l’alternance à Paris-Saclay

Auteur de nombreux articles et d’un livre sur le nanomagnétisme et ses applications, paru en 2017, Claude Fermon reste attentif à la transmission de ses connaissances auprès de la jeune génération de chercheurs. Il aimerait accélérer les effets vertueux de la mise en place de la Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (SIS) de l’Université Paris-Saclay, une des plus importantes de l’Université. « Avec 1 400 étudiants en master, 600 docteurs et peut-être plus de 1 000 chercheurs, elle rassemble un énorme potentiel sur lequel s’appuyer pour transformer la relation professeur/élève. À la manière des collèges anglais, nous pourrions organiser une forme de tutorat : les chercheurs, sur la base du volontariat, prendraient sous leurs ailes trois ou quatre étudiants pour les aider dans leur cursus, leur apporter une vision « recherche » de leurs cours, et les familiariser au laboratoire et à la façon d’appréhender les problèmes. Je pense que nous augmenterions ainsi de façon considérable leur niveau. En parallèle, nous devrions encore plus soutenir l’alternance, sous toutes ses formes et à tous les niveaux », plaide le chercheur.