Révolutionnaire : l’appareil photo tellement rapide qu'il capture la vitesse de la lumière

1 000 000 000 000, soit mille milliards : c’est le nombre d’images par seconde qu’un appareil photo créé par le Massachussets Institute of Technology peut saisir,rapporte le New York Times. Ce qui permet de capturer des ondes lumineuses. Le surnom de ce petit bijou de technologie: "the world’s slowest fastest camera" : le "très lent appareil photo le plus rapide au monde". Son coût : 250 000 dollars.

A l'origine, les chercheurs du M.I.T souhaitaient construire un appareil photo capable de voir dans tous les recoins grâce aux reflets de la lumière, explique un article sur le site The Atlantic Wire. Ils travaillaient dans ce but sur le calcul de la trajectoire de la lumière réfléchie. Ramesh Raskar, professeur au Media Lab du MIT et père de cette invention, explique qu’il s’est finalement porté sur la capture des ondes lumineuses.

Il a commencé sa démarche en demandant à des physiciens de modifier un "streak tube", un équipement de laboratoire ultrasensible, capable de scanner et de capturer la lumière durant des phénomènes se produisant dans un temps ultra-court. Ces tubes sont assez rapides pour enregistrer la progression de faisceaux de lumière envoyée de façon répétée, par exemple à travers une bouteille.

Mais en modifiant cet équipement dans ce but, les chercheurs ont alors été capables de créer des films au ralenti, montrant ce qui apparaît comme un tir de lumière, qui bouge du bas de la bouteille vers le haut. Au cours de son trajet ultra-rapide dans la bouteille, le tir de lumière génère une vague conique qui rebondit sur les côtés de l’objet. L’appareil créé par les chercheurs du M.I.T capture la lumière d’une façon assez proche de celle dont un tube cathodique émet et peint une image dans un ordinateur.

Pour construire un film avec leur appareil, les chercheurs ont enregistré près de 500 prises par nanosecondes, soit un milliardième de seconde. Difficile de s’imaginer un tel rapport quand on sait qu’un film aujourd’hui fonctionne avec "seulement" 24 images par seconde…  La réalisation n’a donc pas été une mince affaire : ils ont dû répéter l’envoi de lumière à travers la bouteille en continu, repositionnant continuellement leur caméra pour construire, par une addition de plans, une image, en synchronisant l’appareil photo et le laser envoyant la lumière. Il ne faut qu’une nanoseconde pour que la lumière traverse la bouteille, mais il faut une heure pour collecter toutes les données nécessaires à faire la vidéo. Ce qui explique le nom du "lent appareil le plus rapide" au monde. 

"Vous pouvez penser à un film au ralenti. Ça l’est tellement, que cela peut montrer la vitesse de la lumière. Il n’y a rien de plus rapide dans l’univers", s’enthousiasme Andreas Velten, un chercheur qui participé à l’expérience.  

Le produit final décrit le chemin pris par la lumière lorsqu'elle passe à travers différents objets.

Une expérience réservée aux scientifiques avertis ? Pas du tout,  pour Ramesh Raskar. Le professeur a des ambitions : il estime que ce système, ou un dérivé, pourrait être adapté par une application pour Smartphone, par exemple pour capturer les reflets de la lumière sur un fruit. "Dans dix ans, vous pourriez ainsi aller au supermarché et dire si votre fruit est mûr". 

Concrètement, une telle découverte pourrait aussi permettre de développer de meilleurs flashes. Utile pour les photographes professionnels, ou amateurs avertis, qui cherchent toujours à capturer la bonne lumière. "Le rêve absolu serait : comment créer une lumière digne d'un studio avec le simple flash d'un appareil photo ?", explique Ramesh Raskar, dans un article sur le site du Massachussets institute of technology. Il ajoute que cet appareil ultra rapide pourrait aussi avoir une utilité certaine dans le domaine médical.

"Avec notre système d'imagerie ultra-rapide, nous pouvons aujourd'hui analyser comment les photons voyagent à travers le monde. Et donc nous pouvons recréer une nouvelle photo en donnant l'illusion que ces photons ont entamé leur voyage à un autre endroit", dit encore Ramesh Raskar. Pendant que le CERN se rapproche du boson de Higgs, et que les neutrinos semblent en mesure de se déplacer pour rapidement que la lumière, la physique de ce début de XXIe siècle propose décidément des défis stimulants.