mardi 13 novembre 2012

Caméra térahertz et médiation technique

J'ai récemment rencontré une start-up, NeTHIS, proposant une caméra térahertz, dont la démarche technologique m'a semblé illustrative de la médiation technique. Voyons cela de plus près.

Vous avez dit térahertz ?

Pour les lecteurs qui n'ont jamais entendu parler de térahertz, une petite explication s'impose.
Vous savez certainement (ou sinon, je vous l'apprends) que la lumière est une onde électromagnétique. Les non-spécialistes n'en sauront pas plus si je leur dit qu'il s'agit de champs magnétiques et électriques qui oscillent, donc prenons une analogie simple.
Lorsque vous jetez un caillou dans un étang, la surface se ride de vagues qui s'éloignent du point d'impact du caillou. C'est ce qu'on appelle une onde. Si vous regardez à un endroit précis (par exemple, à 1 m au nord du point d'impact), vous constaterez que la hauteur de l'eau varie au cours du temps (haut, bas, haut, bas), et la fréquence de ces changements est d'une fraction de seconde.
En gros, sachant que la vitesse des ondes de surface est de l'ordre de 20 cm/s, et qu'un caillou fait typiquement 5 cm, on s'attend à une période d'environ 5/20 = 0,25 secondes. C'est très court, et en pratique on préfère parler de l'inverse de la période, la fréquence qui se mesure en Hertz (ou Hz en abrégé). Ici, on aurait 1/0,25 = 4 Hz.
Il y a en fait bien d'autres types d'ondes, comme par exemple les sons. Ce sont des ondes de pression de l'air (localement, la pression augmente un peu, puis diminue un peu...), et leurs fréquences sont bien plus élevées : de 20 à 20 000 Hertz. C'est déjà nettement plus rapide. Et la fréquence d'oscillation, c'est la hauteur d'une note : le "La" sur lequel on s'accorde oscille ainsi à 440 Hz.
Et, comme je l'annonçais, la lumière aussi est une onde, bien plus rapide (et ce qui oscille, le champ électromagnétique, n'est pas accessible à l'intuition immédiate, mais ça se mesure). La fréquence typique est de l'ordre de 500 térahertz (THz), soit 500 000 000 000 000 Hz. Ça fait beaucoup de zéros !
Bref, la lumière, c'est une onde qui oscille très rapidement. Et la fréquence d'oscillation, c'est sa couleur : de 400 THz pour le rouge à 790 pour le violet.
Mais rien n'oblige une onde électromagnétique à rester dans cette gamme de fréquence qui correspond au visible. Ainsi, les ondes oscillant plus rapidement peuvent être :
  • de la lumière UV (ultraviolette, plus rapide que le violet), jusqu'à environ 300 000 THz,
  • des rayons X, jusqu'à 30 000 000 THz,
  • et des rayons gamma, au-delà.
De même, on peut faire (un peu) plus lent avec :
  • la lumière infrarouge, jusqu'à 0,3 THz,
  • des micro-ondes,  jusqu'à 0,003 THz,
  • et des ondes radio, en-deçà.

Les ondes T, ces rebelles

Bref, il semble qu'on connaisse bien toutes ces ondes, y compris au niveau des fréquences térahertz. Alors qu'est-ce que c'est que cette histoire de caméra térahertz ?
Eh bien, il se trouve que jusqu'à il y a quelques années, on ne savait pas très bien obtenir des images dans une gamme de 3 à 30 THz, alors qu'on savait le faire pour la lumière visible, les rayons X, les UV et l'infrarouge. Les "ondes T" restaient un domaine interdit de l'imagerie. C'est dommage, car on sait ce qu'apportent les imageries dans d'autres spectres de fréquence que le visible :
  • les rayons X sont à la base de la radiographie et du scanner médical,
  • l'infrarouge permet la vision nocturne ou le diagnostic thermique d'une maison,
  • et les ondes radio sont utilisées par les radars.
Or depuis peu, on commence à savoir le faire. D'abord dans des laboratoires de recherche, et tout doucement dans des applications industrielles.

Ne pas réinventer l'eau chaude !

Mais pour que les outils nouveaux que proposent les chercheurs trouvent une place dans le monde industriel, il faut que leur coût soit raisonnable et que la technologie soit rapidement disponible. Ainsi, réaliser des caméras spécifiques pour cette gamme à partir de technologies complètement neuves semble demander des moyens gigantesques et un temps de développement très long car :
  • il faut inventer les capteurs adéquats,
  • il faut les miniaturiser,
  • il faut les placer en tant que pixels sur une grille régulière,
  • et il faut industrialiser cette technologie.
Quelle feuille de route ! Il y en a pour des centaines de millions d'euros, et des dizaines d'années. Sauf si...
Sauf si on est malin, et que l'on réutilise une technologie existante, en bon médiateur technique.
Et c'est précisément ce qu'on fait les développeurs de cette caméra térahertz. En fait, ils n'ont pas vraiment développé une caméra térahertz : ils ont utilisé une caméra infrarouge existante, et on placé devant un écran fait dans une matière fluorescente dans le térahertz.
Vous allez me dire : qu'est-ce que c'est que cette histoire de fluorescence ? Si vous êtes déjà allé en boîte de nuit, vous n'avez pas pu échapper aux fameuses "lumières noires". Ces lumières, d'allure violette, sont en fait des émetteurs de lumière UV. Les UV sont invisibles, mais au contact de certaines matières fluorescentes, comme bon nombre de T-shirts blancs, la lumière UV est absorbée et une lumière visible, donc à une fréquence plus faible, est réémise. Ce phénomène s'appelle la fluorescence.
L'idée est la même pour la caméra térahertz : pour voir l'invisible (l'UV ou l'onde T), on utilise un matériau qui transforme l'invisible en visible (la lumière visible ou l'infrarouge respectivement).
Et le tour est joué ! Il ne reste plus qu'à trouver le bon matériau. C'est là le réel tour de force du laboratoire. Le reste n'est que médiation technique...