Les nanotechnologies au service de la vision nocturne

Publié: 2 janvier 2017 dans Nanotechnologies, Non classé, Optronique
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« Regarder au travers de tubes de papier-toilette en carton » : c’est comme cela que certains désignent l’inconfort d’utiliser des lunettes de vision nocturne (dont l’acronyme le plus répandu est NVG pour Night Vision Goggles). Malgré les récents progrès apportés notamment par les lunettes quadri-tubes panoramiques rendues célèbres par le raid contre Ben Laden, les NVG classiques sont souvent trop imposantes, trop lourdes et insuffisamment performantes.

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Cet encombrement est dû à la technologie elle-même. En effet, pour développer un dispositif de vision nocturne, il est nécessaire d’amplifier le peu de lumière disponible, et de le rendre visible à l’utilisateur. Pour ce faire, une lentille récupère tous les photons disponibles y compris dans le proche infrarouge et les convertit en électrons à l’aide d’une photocathode. Ces électrons sont ensuite envoyés dans un tube sous vide au travers de plaques microperforées et subissent une amplification ; en gros, un électron génère l’émission d’autres électrons par réaction en chaine (cascaded secondary emission, en anglais). On atteint des facteurs d’amplification importants, de l’ordre de 50 000 à 90 000x. A l’extrémité du tube, les vagues d’électrons amplifiés frappent un écran au phosphore qui réagit en émettant la lumière verte caractéristique de la vision nocturne, et permet donc de voir la lumière réfléchie dans l’obscurité.

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Il s’agit donc d’un dispositif assez complexe et surtout nécessitant un facteur de forme important, en termes de poids et d’encombrement, et ce d’autant plus qu’il nécessite un générateur électrique puissant.

Des chercheurs de l’Université ANU (Australian National University) se sont attaqués à ce problème et viennent de publier des résultats intéressants permettant d’envisager des appareils plus compacts et plus faciles d’emploi, en utilisant les nanotechnologies.

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L’idée est d’utiliser des nano-antennes, à base d’arséniure d’aluminium et de gallium, 500 fois plus fines qu’un cheveu et capables de réaliser l’amplification des photons sans tube à vide. Le processus repose sur le phénomène dit de génération d’harmoniques de deuxième ordre (SHG pour Second Harmonic Generation). Là encore, je ne fais pas un cours de physique – j’en serais d’ailleurs incapable – mais j’essaie de simplifier au maximum. Ces nanocristaux d’arséniure de gallium ont en effet des propriétés non linéaires : ils doublent la fréquence de la lumière qui les traverse. Pour faire simple, ces cristaux sont capables de convertir la lumière infrarouge en lumière visible. En gros, ils changent la forme, la couleur et la forme de la lumière.

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L’intérêt est de nécessiter très peu d’énergie, et surtout de n’avoir besoin que d’une couche de nano-cristaux qui aurait ainsi la propriété presque magique de convertir et d’amplifier la lumière. Une telle couche pourrait être apposée sous forme de film, permettant ainsi de concevoir des lunettes à vision nocturne guère plus épaisses qu’une paire de lunettes de soleil. On peut également imaginer un pare-brise de véhicule conférant au pilote la capacité à conduire dans l’obscurité.

Aujourd’hui, les chercheurs de l’ANU ont montré qu’en utilisant ces nanocristaux, ils étaient capables de convertir un laser infrarouge en lumière visible. Pour aller plus loin, il faudra démontrer la capacité à traiter différentes fréquences – ce qui pourra être réalisé en combinant différentes tailles de nanocristaux.

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Les inventeurs espèrent développer (avec l’aide de la DARPA) un prototype d’ici 3 ans – en parallèle, d’autres voies existent comme le développement de lentilles de contacts à vision thermique, à base de graphène (voir cet article). Il est donc plus que probable que le fantassin de 2025 pourra disposer de systèmes impressionnants, et performants (en termes de puissance mais aussi de légèreté) conçus grâce à la démocratisation des nanotechnologies.

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