Des chercheurs, Dr. Jules Mercadier, Dr. Stefan Bittner et Prof. Marc Sciamanna, au sein de la Chaire Photonique et du laboratoire LMOPS de CentraleSupélec et de Université de Lorraine, viennent de publier une découverte dans la revue "Light: Science & Applications" qui pourrait transformer notre manière de sécuriser les communications numériques. Leur étude montre que deux lasers peuvent se synchroniser… même lorsque leur dynamique est complexe dans l’espace et dans le temps. Ce résultat laisse ainsi entrevoir une nouvelle approche physique de la cryptographie où des structures optiques complexes serviraient de clés de cryptage, et leur synchronisation dévoilerait le message caché…

La synchronisation : un phénomène naturel fascinant

La synchronisation est partout dans la nature. On l’observe lorsque des lucioles clignotent à l’unisson, des applaudissements dans une salle de concert finissent par adopter un même rythme, ou encore lorsque des métronomes posés sur une surface mobile finissent par battre ensemble.
Mais la synchronisation ne concerne pas uniquement des rythmes simples dans le temps. Elle peut aussi toucher des systèmes étendus dans l’espace, où des structures entières évoluent collectivement.  Par exemple des populations animales réparties sur un territoire peuvent voir leurs fluctuations démographiques évoluer en même temps, des vagues de chaleur ou des phénomènes climatiques peuvent apparaître de façon coordonnée sur de vastes régions, des cellules cardiaques s’activent de manière synchronisée pour produire un battement cohérent.
Dans ces cas, ce ne sont pas seulement des « battements » qui se synchronisent, mais des motifs complexes qui évoluent dans l’espace et dans le temps.

Des lasers chaotiques reproduisent en laboratoire une synchronisation de dynamiques spatio-temporelles 

Pour la première fois, ce phénomène si naturel a été reproduit à l’échelle d’un laboratoire. Les chercheurs ont étudié des lasers particuliers appelés BA-VCSELs (lasers à cavité verticale et à large surface). Contrairement aux pointeurs laser classiques, ces dispositifs produisent des motifs lumineux complexes et instables. Leur lumière est dite chaotique : elle fluctue de manière imprévisible à cause des interactions non linéaires entre différents modes laser internes qui présentent des motifs spatiaux différents.
En couplant deux de ces lasers, l’équipe a observé un phénomène remarquable : malgré leur comportement chaotique et leurs différents motifs spatiaux, ils peuvent se synchroniser. Selon les conditions et l’échelle de temps étudiée, leur degré de synchronisation varie fortement. Parfois ils évoluent presque de manière indépendante, parfois ils présentent une forte corrélation — jusqu’à 90 % de similarité dans leur dynamique. 

Pourquoi est-ce important ?

Au-delà de la curiosité scientifique, cette découverte pourrait avoir des applications concrètes. La synchronisation du chaos est un principe prometteur pour les communications sécurisées. L’idée est la suivante : un laser émet un signal chaotique contenant une information cachée, un second laser synchronisé peut reconstruire ce signal, mais pour un observateur extérieur, le message reste indéchiffrable.

Comme le commente Marc Sciamanna, professeur à CentraleSupélec, directeur de la Chaire Photonique : « grâce à ces lasers à large surface, il devient possible d’imaginer des systèmes où plusieurs utilisateurs communiquent simultanément en exploitant différentes structures spatiales de la lumière — un peu comme si plusieurs conversations secrètes circulaient en parallèle dans le même faisceau lumineux. C’est la première étape vers une cryptographie physique multi-utilisateurs et utilisant uniquement des lasers». 

Une première étape vers des réseaux optiques plus sûrs

Ce travail constitue la première démonstration expérimentale de synchronisation spatio-temporelle du chaos dans des lasers commerciaux. Il ouvre la voie à une nouvelle solution de sécurisation de l’information, à haut débit, exploitant le multiplexage spatial (plusieurs canaux en parallèle), et renforçant la sécurité au niveau physique même du signal.

Une preuve supplémentaire que même dans le chaos apparent, la nature peut révéler une forme d’ordre… exploitable pour les technologies de demain.

Article associé : Jules Mercadier, Stefan Bittner,  M. Sciamanna, Synchronization of complex spatio-temporal dynamics with lasers. Light Sci Appl 15, 131 (2026).