Recherche et développement

Des programmes de recherche aux résultats d’ingénierie.

Epcotec mène une pratique de recherche articulée en trois piliers : la perception machine et la collecte de données à distance, les systèmes de données et d’IA qui transforment les mesures en réponses, et l’ingénierie optique et laser. La recherche appliquée et le développement se poursuivent depuis l’année de fondation 2011; les publications à comité de lecture ont commencé en 2019. Chaque section s’adresse à deux lecteurs à la fois. Le lecteur d’affaires y trouve la valeur dès le premier paragraphe. L’ingénieur qui poursuit sa lecture y trouve la physique, les modes de défaillance et la discipline derrière chaque affirmation.

Service R&D appliquée →Discuter d’un mandat de recherche

Pilier I

Perception machine et collecte de données à distance

Une collecte d’information de qualité métrologique dans les lieux éloignés et difficiles d’accès, appuyée sur une physique que nous pouvons défendre devant un auditeur.

Photogrammétrie et structure d’après le mouvement

Nous construisons des modèles mesurés du terrain, des structures et des actifs à partir d’images se recouvrant, avec le contrôle qualité qui rend les chiffres défendables.

La structure d’après le mouvement transforme des photographies se recouvrant en nuages de points denses et géoréférencés, et en orthophotos. Le traitement lui-même est une commodité; la discipline, c’est le contrôle. Des points d’appui levés selon de vraies tolérances, un ajustement de bloc vérifié contre des points de contrôle indépendants, et une incertitude propagée jusqu’à la surface livrée au lieu d’être discrètement abandonnée à l’exportation.

La même discipline s’applique au travail d’expertise judiciaire et d’expert-conseil, où les volumes et les surfaces finissent au cœur de différends commerciaux et où chaque chiffre doit survivre au contre-interrogatoire. Nous avons livré des modèles de volumes auditables où la réponse qu’un client pouvait présenter à un auditeur comptait plus que la réponse qui paraissait la plus flatteuse.

Points d’appui RTKNuages de points densesProduction d’orthophotosVolumes auditables

Levé lidar et ingénierie de nuages de points

Balayage laser au trépied et sur véhicules, fusionné et classé en surfaces de qualité ingénierie.

Le lidar mesure la distance en chronométrant la lumière, ce qui donne des surfaces que l’imagerie seule ne peut produire : un sol vu à travers la végétation, des arêtes de structures à résolution de l’ordre du millimètre, et une géométrie qui tient face aux changements saisonniers. Nous fusionnons les acquisitions terrestres, mobiles et aéroportées dans des référentiels uniques, puis exécutons des pipelines de classification qui séparent sol, végétation, structures et réseaux en couches sur lesquelles les ingénieurs peuvent concevoir.

L’ingénierie de nuages de points est l’endroit où la plupart des programmes lidar échouent en silence : des nuages non classés impressionnent et ne répondent à aucune question. Les nôtres sont classés, vérifiés aux tolérances et livrés avec la documentation qui permet à un concepteur de faire confiance à chaque surface.

Lidar terrestre et mobilePénétration de la végétationPipelines de classificationVérification aux tolérances

Sondage du sous-sol et méthodes de pénétration

Géoradar et méthodes électromagnétiques à source contrôlée qui voient sous la surface avant que quiconque ne creuse.

Le géoradar image le sous-sol superficiel en réfléchissant des ondes radio sur les changements de propriétés des matériaux : réseaux souterrains, cavités, couches de chaussée, fondations et fronts d’humidité. L’imagerie en profondeur est un problème d’inversion, pas un exercice de lecture d’image, et nous le traitons comme tel : calibration de vitesse sur des cibles connues, migration pour rabattre les diffractions, et incertitude exprimée en mètres plutôt que dissimulée.

Les méthodes électromagnétiques de conductivité complètent le radar là où l’argile et l’eau salée limitent sa pénétration. Employées ensemble, les deux familles couvrent la plupart des questions d’investigation superficielle, du dégagement des réseaux avant excavation à la recherche de fondations et de cavités sous des infrastructures en exploitation.

GéoradarDétection de réseaux et de cavitésImagerie en profondeurCalibration de vitesse

Méthodes de levé électromagnétique

Levés électromagnétiques transitoires et par polarisation provoquée qui cartographient la conductivité et la chargeabilité en profondeur.

Les méthodes électromagnétiques transitoires font circuler un courant dans une boucle émettrice et écoutent le champ secondaire décroissant, cartographiant la façon dont la conductivité varie avec la profondeur. Cette physique convient à l’exploration minérale, à la cartographie des eaux souterraines et à l’investigation géotechnique là où l’accès sismique est impraticable, et les configurations semi-aéroportées étendent la portée sur des terrains qui résistent aux équipes au sol.

Nous traitons les données électromagnétiques avec le même scepticisme que toute autre mesure : les sorties d’inversion sont des modèles, les modèles ont besoin de contraintes, et une coupe de conductivité sans énoncé d’incertitude n’est qu’un ornement. Nos livrables indiquent ce que les données appuient et ce qu’elles n’appuient pas.

Électromagnétisme transitoirePolarisation provoquéeImagerie de conductivité en profondeurIncertitude des modèles

Cartographie magnétique et radiométrique

Magnétométrie et spectrométrie gamma pour la cartographie géologique, la localisation d’infrastructures et les états de référence environnementaux.

La cartographie du champ magnétique localise les structures ferreuses : corps géologiques, réseaux enterrés, tassement d’infrastructures en acier, et limites entre types de roches. Les configurations en gradiomètre affinent la géométrie des anomalies, et les cartes traitées deviennent des intrants à l’interprétation plutôt que des images à accrocher au mur.

La spectrométrie gamma cartographie les radioéléments naturels — potassium, thorium et uranium — ce qui en fait un cartographe géologique rapide et un outil d’état de référence environnemental. Combinée aux couches magnétiques et spectrales, elle appuie le ciblage d’exploration et les décisions d’aménagement du territoire avec des données reproductibles et défendables.

MagnétométrieGradiométrieSpectrométrie gammaCartographie géologique

Tomographie par muons

Les muons du rayonnement cosmique image l’intérieur de structures trop vastes ou trop sensibles pour tout balayage conventionnel.

Les muons issus des gerbes cosmiques traversent des centaines de mètres de roche, et leur motif d’absorption image la structure de densité de l’intérieur : le cœur des montagnes, des volcans, des barrages et des grands ouvrages d’ingénierie. Des détecteurs placés autour d’une cible enregistrent les déficits de flux de muons, et la reconstruction tomographique transforme ces déficits en cartes de densité.

La méthode complète la gravimétrie et l’imagerie sismique là où l’accès, la sécurité ou la sensibilité structurelle écartent les sources actives. C’est une discipline émergente portée par une petite communauté de praticiens, et notre intérêt se situe du côté ingénierie : le placement des détecteurs, la planification d’exposition et les pipelines de données qui transforment des mois de comptages de muons en modèles interprétables.

Muons du rayonnement cosmiqueImagerie de densitéIntérieurs de grandes structuresPlacement des détecteurs

Gravimétrie et capteurs quantiques

Mesures gravimétriques, y compris par interférométrie atomique froide, pour la cartographie de densité là où les autres physiques n’atteignent pas.

La gravimétrie mesure la densité indirectement : cavités, corps minéralisés, nappes phréatiques et structures denses dévient tous le champ de gravité local. Les instruments relatifs et absolus cartographient ces différences, et les gravimètres quantiques modernes fondés sur l’interférométrie atomique froide apportent la mesure absolue sans dérive dans un instrument de terrain.

Notre travail dans ce domaine touche l’instrumentation : comprendre ce que chaque classe de capteurs peut résoudre, concevoir des levés qui séparent le signal du bruit, et construire les pipelines de corrections — marées, dérive, effets du terrain — qui transforment des lectures de gravité brutes en interprétations de densité.

Levés gravimétriquesGravimétrie à atomes froidsConception de levésPipelines de corrections

Pilier II

Systèmes de données, d’IA et de télémétrie

La couche logicielle qui permet le passage à l’échelle de la mesure à distance : calcul en périphérie, télémétrie qui survit au terrain, et une IA qui gagne la confiance.

Calcul embarqué en périphérie

L’intelligence placée à côté du capteur, pour que les décisions n’attendent pas une liaison de données.

Les plateformes de télédétection produisent des données plus vite que la plupart des liaisons ne peuvent les transporter. Le calcul en périphérie place l’inférence et le triage sur la plateforme : comprimer ce qui est banal, signaler ce qui est intéressant, mettre en file ce qui exige le pipeline complet. Les budgets d’énergie, les enveloppes thermiques et la tolérance aux vibrations décident de ce qui entre, et nous concevons dans ces enveloppes plutôt que de souhaiter qu’elles disparaissent.

Il en résulte un système qui se dégrade avec grâce : quand la connectivité tombe, la plateforme continue d’observer, de décider, et expédie d’abord l’essentiel au retour de la liaison.

Inférence en périphérieBudgets d’énergieStockage et retransmissionDégradation avec grâce

Télémétrie hybride et ingénierie des liaisons

Des bilans de liaison sur chemins cellulaire, satellite et maillé, conçus pour que les données aient toujours un chemin de retour.

Chaque programme à distance vit ou meurt par sa télémétrie. Nous concevons des liaisons hybrides — LTE et 5G là où la couverture existe, satellite en orbite terrestre basse là où elle n’existe pas, collecte maillée là où le terrain le permet — avec des bilans de liaison calculés avant l’achat du matériel, et non diagnostiqués après la panne. Enveloppes de bande passante, tolérances de latence et coût par mégaoctet sont des contraintes d’ingénierie assorties de chiffres.

La même discipline couvre la politique de stockage et retransmission, la stratégie de compression et la logique de panne qui décide quoi envoyer quand il ne reste que la moitié d’une liaison.

Bilans de liaisonCollecte satellite LEOEnveloppes de bande passanteLogique de panne

Traitement infonuagique piloté par les événements

Des pipelines qui transforment les acquisitions brutes en livrables en quelques heures, déclenchés par des événements plutôt que par des horaires.

Le traitement infonuagique à grande échelle est une usine pilotée par les événements : l’acquisition se termine, l’ingestion valide, le traitement se déploie sur des travailleurs, les portes qualité vérifient les produits contre les tolérances, et les livrables aboutissent avec leur provenance attachée. L’architecture importe parce que l’alternative — des files de traitement manuelles — ne passe pas l’échelle au-delà d’une poignée de projets.

Nous bâtissons ces pipelines sur des fondations infonuagiques courantes — travailleurs conteneurisés, orchestration pilotée par files, télémétrie des coûts à chaque étape — avec la même rigueur d’ingénierie que nous appliquons aux plateformes de nos clients : revus, testés, observables et réversibles.

Pipelines pilotés par les événementsPortes qualitéOrchestration de conteneursTélémétrie des coûts

Inversion par apprentissage automatique et analyse

Des méthodes d’apprentissage appliquées là où la physique fournit des a priori : inversion géophysique, classification spectrale et détection de changement.

L’inversion géophysique déduit les propriétés du sous-sol de mesures de surface, et elle est mal posée : bien des modèles s’ajustent aux données. L’apprentissage automatique aide en apprenant des a priori depuis les archives, en guidant les inversions vers des solutions géologiquement plausibles et en quantifiant l’ambiguïté qui demeure. Nous publions l’incertitude avec la réponse, ou nous ne faisons pas l’affirmation.

L’apprentissage actif boucle la boucle : les modèles signalent les observations qui réduiraient le plus l’incertitude, et la campagne suivante les cible. Les archives gagnent en valeur à chaque campagne, car chaque résultat étiqueté réentraîne la base.

Inversion géophysiqueA priori apprisQuantification de l’incertitudeApprentissage actif

IA de vision pour l’inspection

Détection de défauts sur imagerie et lidar, avec des humains qui arbitrent ce que le modèle trouve.

Les modèles de vision détectent des défauts : fissures, écaillage, corrosion, empiètement de végétation, déformation. L’ingénierie est dans le régime, car le coût des faux négatifs diffère de celui des faux positifs, et un modèle réglé pour le rappel noie les inspecteurs sous le bruit pendant qu’un modèle réglé pour la précision rate la fissure qui compte. Nous réglons au risque du client, puis soumettons chaque constat à une personne réviseuse qui confirme, corrige et réinjecte la correction.

La file de révision est le produit : la sortie du modèle devient une liste restreinte, l’arbitrage humain devient des données d’entraînement étiquetées, et la qualité d’inspection se compose au lieu de stagner.

Détection de défautsSeuils réglés au risqueFiles de révisionBoucles d’étiquetage en retour

IA spectrale et modèles de sol vivants

Bibliothèques de signatures, modèles de fondation pour la spectroscopie, et jumeaux numériques qui restent à jour au lieu de vieillir.

Les signatures spectrales identifient les matériaux comme les empreintes digitales identifient les personnes, et le classifieur ne vaut que par sa bibliothèque et son hygiène des données : des spectres étiquetés à la provenance honnête, des instruments calibrés en longueur d’onde, et une validation croisée qui attrape la fuite avant le client. Les modèles de fondation spectraux entraînés sur des archives hyperspectrales étendent l’approche à de nouveaux instruments et à de nouvelles géographies.

Le long jeu, c’est le modèle vivant : des archives cataloguées selon des normes ouvertes, des époques comparables, et chaque nouvelle mesure fusionnée dans un modèle du sol auquel les clients s’abonnent plutôt qu’ils ne le commandent. C’est la différence entre livrer des rapports et entretenir du savoir.

Bibliothèques spectralesModèles de fondationCatalogues ouvertsJumeaux numériques

Pilier III

Ingénierie optique et laser

Des systèmes d’optique linéaire et laser, conçus à partir de la physique publiée jusqu’à du matériel mesurable et transférable.

Mise en forme de faisceaux et lumière structurée

Faisceaux de vortex, d’Airy et de Bessel, modulateurs spatiaux de lumière et métrologie de front d’onde sous une même discipline.

La mise en forme réécrit ce que fait la lumière : les faisceaux de vortex portent un moment cinétique orbital et piègent des particules en anneaux, les faisceaux d’Airy contournent les obstacles sans se diffracter, les faisceaux de Bessel se régénèrent après une obstruction. Nous formons les faisceaux avec des modulateurs spatiaux de lumière et des miroirs microélectromécaniques, puis vérifions le résultat par métrologie de front d’onde et de polarisation plutôt qu’à l’œil.

Le piégeage optique étend la mise en forme vers la manipulation : des particules tenues et dirigées dans des faisceaux creux, des chaînes de particules formées le long des axes de faisceau, et des pièges opérés à des puissances de l’ordre du milliwatt, sûres à côtoyer. La physique était publiée; notre contribution est de la rendre reproductible dans un environnement d’ingénierie.

Faisceaux de vortex et d’AiryPilotage SLM et MEMSMétrologie de front d’ondePiégeage optique

Analyse élémentaire à distance

Spectroscopie de plasma induit par laser à distance : la composition élémentaire lue sans toucher la cible.

Une impulsion laser focalisée forme un microplasma sur une surface lointaine, et la lumière qu’il émet nomme les éléments présents. La LIBS à distance pousse la géométrie des centimètres du banc aux mètres du terrain, avec des lasers impulsionnels, des détecteurs à ouverture synchronisée et une optique de collecte, et elle répond à des questions que les méthodes de contact ne peuvent pas : qu’est-ce que cette paroi rocheuse, ce revêtement, ce résidu — sans mettre personne ni rien à la cible.

La quantification à distance est de l’ingénierie du signal : les courbes de calibration, la maîtrise de la température du plasma et les stratégies de normalisation des spectres décident si des chiffres ou seulement des identifications en sortent. Nous publions les barres d’erreur avec les concentrations.

LIBS à distanceDétection à ouverture synchroniséeCourbes de calibrationCartographie élémentaire

Analyse moléculaire à distance

Spectroscopie Raman à distance, avec une fluorescence vaincue par les méthodes d’excitation décalée et d’ultraviolet profond.

La diffusion Raman porte une empreinte moléculaire : minéraux, sels, plastiques et résidus, chacun avec un spectre aussi distinctif qu’un code-barres. La Raman à distance associe un laser impulsionnel à un spectrographe à ouverture synchronisée collecté par télescope, et le blocage temporel plus la sélection en longueur d’onde répriment la fluorescence qui ensevelirait sinon le signal.

Là où la fluorescence persiste, les méthodes Raman par différence d’excitation décalée (SERDS) et l’excitation résonante en ultraviolet profond séparent l’empreinte du fond. L’usage apparié de l’analyse élémentaire et moléculaire à distance sur une même cible — éléments et molécules ensemble — est la frontière de capacité de cette ligne.

Raman à distanceSERDSRésonance UV profondCollecte temporellement bloquée

Intelligence spectrale pour les matériaux

La couche logicielle sous l’optique : des modèles qui nomment les matériaux à partir de spectres, entraînés sur des bibliothèques à la provenance honnête.

Transformer un spectre en nom de matériau est un problème de classification avec un détour de physique : les spectres se décalent avec l’instrument, la géométrie d’éclairage et la température. Des modèles entraînés à travers instruments et archives, où l’alignement en longueur d’onde et le prétraitement sont traités comme de l’ingénierie de premier plan, tiennent leur précision là où les modèles de laboratoire seul échouent.

Nous bâtissons les bibliothèques aussi soigneusement que les modèles : provenance documentée, incertitude mesurée, et données de référence publiques là où elles existent. Un matériau nommé porte une confiance; un matériau non nommé reste sans nom.

Classification de matériauxEntraînement multi-instrumentsBibliothèques de référenceScoring de confiance

Systèmes d’observation autonomes

Ordonnancement, verrouillages de sécurité et inférence embarquée contrainte pour des systèmes qui décident quoi observer ensuite.

L’autonomie dans la mesure n’est pas l’autonomie pour l’autonomie. C’est l’ingénierie qui permet à un système de capteurs de choisir sa prochaine observation sous contraintes : valeur d’observation, enveloppes de sécurité, énergie, et les règles qui bornent chaque décision. L’inférence embarquée est contrainte par conception, l’ensemble des actions sûres est explicite, et des verrouillages matériels se tiennent sous chaque couche maligne.

Le point de référence est la science planétaire, où des sondes spatiales ordonnancent leurs propres observations depuis des années sous la même discipline : autonomie bornée, enveloppes de sécurité explicites, et des humains qui révisent chaque exception. Nous appliquons le même patron aux systèmes d’observation terrestres.

Autonomie bornéeVerrouillages de sécuritéOrdonnancement d’observationsInférence contrainte

Maîtrise des décharges et recherche sur les filaments

Filaments laser et canaux amorcés par particules qui guident les décharges électriques, vers la protection contre la foudre et du matériel de dissipation d’électricité statique.

Une impulsion laser ultrabrève intense s’auto-focalise dans l’air et forme un filament : un canal fin et conducteur qu’une décharge préfère emprunter. Des expériences de terrain au sommet d’une tour de montagne européenne ont guidé de la foudre réelle le long de filaments laser, et l’enjeu civil est la protection : la menace de la foudre sur les parcs éoliens, les aéroports et les pas de tir coûte des milliards par an à ces secteurs.

Notre voie détournée est plus douce et moins gourmande en puissance : au lieu d’ioniser l’air de front, un faisceau façonné fait flotter une chaîne de microparticules piégées par la lumière qui amorce localement le claquage. Des travaux publiés ont démontré le guidage de décharge à des centaines de milliwatts. Les cibles d’ingénierie sont la dissipation d’électricité statique en aéronautique et les canaux pré-ionisés pour la recherche sur les accélérateurs, poursuivies en programmes à l’échelle du banc, instrumentés et revus en sécurité.

Filaments laserCanaux amorcés par particulesProtection contre la foudreDissipation statique

Discipline de profondeur

Trois niveaux, une même exigence

Chaque discipline de cette page suit la même structure à trois niveaux, pour que le lecteur d’affaires comme le lecteur spécialiste obtiennent ce qu’ils sont venus chercher.

Affirmation de positionnement

Une phrase par discipline, sur cette page et dans les tuiles de service : ce qu’est la capacité et le standard auquel elle est tenue.

Structure

Les intros de section : ce que fait chaque méthode, à quel problème elle répond, et à quoi ressemble le livrable.

Détail approfondi

Les corps techniques : la physique, le contrôle qualité, les modes de défaillance et la discipline d’ingénierie derrière chaque affirmation, pour les lecteurs qui vérifient.

Un problème de mesure ou de recherche ?

Apportez la question de physique, le terrain ou le jeu de données. Nous répondons par un plan de faisabilité, pas par une brochure.

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