Qui Sommes-Nous
AOPLab, l'Applied Optics and Polarimetry Lab, est une équipe de recherche du LPICM, CNRS, École polytechnique et Institut Polytechnique de Paris, à Palaiseau (France). Nous réunissons des expertises variées pour construire de nouveaux systèmes de mesure polarimétrique utilisables au laboratoire comme en environnement clinique et de terrain.
Nos études couvrent la polarimétrie de Mueller complète et partielle par imagerie, en grand champ comme en microscopie, l'ellipsométrie spectroscopique et la polarimétrie de Mueller spectroscopique. Nous travaillons sur les techniques de calibration et l'instrumentation d'imagerie chirurgicale, simulons divers scénarios d'interaction entre lumière polarisée et tissus, et mettons en œuvre le traitement d'image et la segmentation assistée par IA. Nous sommes spécialisés dans la conception d'instruments fiables dont le matériel, la calibration, les stratégies d'acquisition et les algorithmes de traitement des données sont développés ensemble, de manière cohérente.
Nos recherches futures visent la création de systèmes polarimétriques intelligents, compacts et rapides : miniaturisation des dispositifs, traitement des données en temps réel, développement de techniques de segmentation robustes et prototypes d'instruments déployables en clinique et sur le terrain. Notre objectif est de rendre l'imagerie polarimétrique plus facile à utiliser, plus facile à interpréter et prête pour une translation concrète.
Un Parcours d'Innovation
Retracer le développement de notre groupe de recherche (jalons les plus récents d'abord) et ses fondations scientifiques.
Polarimètre à imagerie grand champ de nouvelle génération
Le système polarimétrique à imagerie grand champ de nouvelle génération, conçu et construit au LPICM, associe une nouvelle conception matérielle miniaturisée à une chaîne de traitement des données et de segmentation fondée sur l'IA, assurant un flux d'images polarimétriques à une cadence proche de la vidéo. Le système est conçu pour permettre la translation de l'imagerie polarimétrique au-delà du laboratoire.
Financement PRISMM Hi! PARIS
Hi! PARIS finance notre projet PRISMM « Polarimetric Real-time Imaging and Simulation using Mueller Matrix Imaging Platform for Neurosurgery » (2026–2028). Ces travaux soutiennent le développement d'un flux de travail de polarimétrie neurochirurgicale temps réel assisté par IA.
Polarimétrie végétale
L'application de la polarimétrie de Mueller à imagerie grand champ à l'évaluation des stress biotiques et abiotiques des plantes devient une nouvelle direction de notre recherche. Les observables polarimétriques mesurées, associées à un post-traitement des données par IA, permettent de lire la microstructure des feuilles et les changements liés au stress sans prélèvement destructif.
Financements ANR OptiSkin et MULTIFUSE
OptiSkin (2025–2029), « Multi-modality and multi-scale optical characterization and modelling of human skin applied to cancer diagnosis » (ANR-24-EXLU-0009), PEPR LUMA, France 2030. MULTIFUSE (2025–2028), « Advanced Multimodal Sensing and Data Fusion for Early Digital Detection of Plant Stress Symptoms », programme EIG CONCERT-Japan.
Premières mesures polarimétriques in vivo en neurochirurgie
L'équipe du projet HORAO a réalisé la première étude de faisabilité d'une classification complète in vivo du tissu cérébral pendant une chirurgie de tumeur cérébrale à l'aide du polarimètre de Mueller à imagerie grand champ, marquant ainsi le passage des études précliniques aux études cliniques.
Soutien de l'Institut Polytechnique de Paris
L'Institut Polytechnique de Paris soutient les études prospectives sur un système de guidage neurochirurgical temps réel par polarimétrie de Mueller à imagerie en finançant la thèse de doctorat de S. Chae (2024–2027).
Soutien Campus France Partenariat Hubert Curien (PHC)
Le projet franco-letton PHAETHON PHC-OSMOSE (2024–2025) a soutenu l'étude des mesures de temps de vol des photons dans les tissus cérébraux pour le diagnostic médical.
Cadre mathématique pour la polarimétrie de Mueller partielle
Développement du cadre mathématique théorique permettant d'extraire l'ensemble complet des cartes polarimétriques diagnostiques à partir de matrices de Mueller partielles 3×4, mesurables avec une caméra sensible à la polarisation fonctionnant à cadence vidéo. Cela permet une acquisition polarimétrique en temps réel sans mesurer la matrice de Mueller 4×4 complète, ouvrant la voie à l'imagerie peropératoire in vivo (T. Novikova, J. C. Ramella-Roman, Opt. Lett. 47(21), 5549–5552 (2022)).
Financement HORAO Sinergia du FNS
Le Fonds national suisse a attribué le financement Sinergia HORAO (2022–2026) au consortium international, pour la visualisation polarimétrique des faisceaux de fibres cérébrales saines afin de délimiter les tumeurs pendant la neurochirurgie. Cette collaboration a réuni des partenaires en instrumentation optique, neurochirurgie, neuropathologie et apprentissage automatique.
Financement du projet VECTOR par l'École polytechnique
L'École polytechnique a soutenu le projet VECTOR (2020–2022), consacré aux études de preuve de concept de la visualisation des faisceaux de fibres de la matière blanche saine et de la délimitation des frontières tumorales par polarimétrie de Mueller à imagerie grand champ pendant la neurochirurgie.
Soutien Campus France Partenariat Hubert Curien (PHC)
POLANNs, projet franco-néo-zélandais PHC Dumont d'Urville (2019–2020), a soutenu le développement du diagnostic polarimétrique de la néoplasie intraépithéliale cervicale assisté par réseaux de neurones.
Financement du projet MUSCAFE par l'École polytechnique
Le projet MUSCAFE (2019–2020) a porté sur la construction d'un microscope de Mueller fonctionnant en modes de diffusion élastique et de fluorescence, en géométrie de réflexion ou de transmission, avec des sources de lumière UV-A et visible commutables, pour l'étude des tissus biologiques.
Projet BiCPIC — financement Chaire d'Alembert, Université Paris-Saclay
Le projet BiCPIC « Binary Classification of Polarimetric Images for Cancer Diagnostics » (2017–2018) a exploré la mise en œuvre de l'observateur quadratique canalisé J-optimal pour évaluer les performances de détection de la polarimétrie de Mueller à imagerie grand champ pour le précancer du col sur échantillons tissulaires. Cette étude a comparé des sous-ensembles de données de la matrice de Mueller à la mesure complète, posant les bases mathématiques de la polarimétrie de Mueller partielle, plus rapide, d'aujourd'hui (M. Kupinski et al., Biomed. Opt. Express 9(11), 5691–5702 (2018)).
Interprétation physique des contrastes d'images polarimétriques
L'interprétation physique des contrastes expérimentaux d'images de matrice de Mueller entre tissus humains sains et cancéreux a ouvert la voie à la biopsie optique des tissus. Cette avancée a relié directement les observables polarimétriques à la microstructure tissulaire et à l'état pathologique (T. Novikova et al., Appl. Phys. Lett. 102, 241103 (2013)).
Financement ANR MuellerFourier
Le projet MuellerFourier financé par l'ANR (2009–2011) a exploré le potentiel d'un microscope de Mueller à plan focal arrière construit sur mesure pour les mesures d'overlay en microélectronique, renforçant la position du laboratoire comme leader de l'instrumentation polarimétrique de Mueller et de la métrologie optique.
Développement de la polarimétrie à imagerie grand champ
Le passage de la polarimétrie de Mueller spectroscopique à cristaux liquides à la polarimétrie de Mueller multispectrale à imagerie grand champ, également à cristaux liquides, a permis de créer des cartes spatiales des propriétés polarimétriques d'un échantillon. Cela a ouvert la voie à la caractérisation diagnostique d'échantillons tissulaires complexes pour diverses applications biomédicales.
Modèle de Monte Carlo pour la propagation de la lumière polarisée dans les milieux diffusants anisotropes
La généralisation de la technique de simulation Monte Carlo polarisée à la propagation de la lumière polarisée dans les tissus biologiques diffusants anisotropes a permis la modélisation quantitative des images de matrice de Mueller et des paramètres polarimétriques dérivés des tissus biologiques. Elle a fourni le fondement théorique de l'interprétation du contraste polarimétrique dans les milieux structurés tels que la matière blanche du cerveau.
Polarimétrie de Mueller pour la métrologie en microélectronique
Le développement d'un polarimètre de Mueller spectroscopique à cristaux liquides, associé à un algorithme maison de résolution du problème inverse de la polarimétrie de Mueller, a donné naissance à des applications métrologiques en microélectronique, notamment l'estimation des dimensions critiques et la métrologie d'overlay, ouvrant la voie à une caractérisation rapide et non destructive des structures métrologiques avec une meilleure précision que l'approche standard de scatterométrie. La conception de l'instrument a été commercialisée par Horiba Jobin Yvon ; plusieurs centaines d'instruments ont été vendus dans le monde.
Méthode de calibration par valeurs propres
E. Compain, S. Poirier et B. Drévillon, membres du LPICM, publient l'article fondateur « General and self-consistent method for the calibration of polarization modulators, polarimeters, and Mueller-matrix ellipsometers » dans Applied Optics 38(16), 3490–3502 (1999). Depuis, la méthode de calibration par valeurs propres est devenue la référence pour la calibration des instruments polarimétriques de Mueller complets.
Ellipsomètre spectroscopique à modulation de phase UVISEL
L'ellipsomètre spectroscopique à modulation de phase UVISEL trouve son origine au LPICM, où la technologie a été développée puis concédée sous licence à Jobin Yvon pour sa commercialisation. C'est l'un des instruments polarimétriques nés au LPICM devenus des outils de référence de la métrologie optique dans le monde entier.