Sélectionner la bonne lumière

À l’institut Fresnel, spécialisé en recherche optique, une équipe de chercheurs développe des filtres dotés d’une précision redoutable. Les couches minces optiques permettent de choisir quelle longueur d’onde sera observée. Elles sont vérifiées grâce à un microscope unique au monde.

De quoi sont faits les filtres anti-reflets de vos lunettes ? À l’Institut Fresnel, un laboratoire de recherche en optique de Marseille, l’équipe de recherche RCMO (pour Recherche en matériaux, composants et technologies de Couches Minces Optiques) travaille au développement de filtres capables de manipuler la lumière à la surface du verre. « Nous travaillons surtout sur des filtres utilisés en astrophysique, » explique Laetitia Abel-Tiberini, maître de conférence et membre de l’équipe RCMO, « mais l’idée de base est la même que pour les couches anti-reflets habituelles ».

Pour faire un bon filtre, dénommé « couche mince optique », prenez un peu de silice et un zeste de pentoxyde de tantale, deux matériaux aux propriétés optiques particulières. Chauffez les ensuite pour qu’ils s’évaporent et viennent se déposer en couches successives sur une surface en verre. C’est l’alternance de ces couches et le contrôle de leur épaisseur qui crée le filtre. « Nous pouvons ainsi constituer des filtres qui ne laissent passer qu’une seule longueur d’onde lumineuse, des filtres qui au contraire absorbent une ou plusieurs longueur d’onde, ou des filtres anti-reflets, » raconte Laetitia Abel-Tiberini.

Dans l’espace, le poids a un prix considérable, de l’ordre de 10000 euros par kilo envoyé. « L’idée c’est de réduire au maximum ce poids pour éviter les surcoûts, » déclare la chercheuse. Grâce au travail de l’équipe RCMO, les lourdes roues mécaniques à filtres sont devenues des filtres mosaïques hyper légers et d’une efficacité redoutable : « nous atteignons 99% d’efficacité des filtres sans problème, » explique-t-elle. Un filtre mosaïque est un ensemble de minuscules cubes de 20 micromètres de coté et de 5 micromètres d’épaisseur. Chaque cube, qui est un filtre en soit, correspond à un pixel de la caméra. « Nous réalisons des carrés de 9 filtres que l’on reproduit en série à la surface du capteur, » confit Laetitia Abel-Tiberini, « on perd donc en résolution car seulement un pixel sur neuf est à une couleur déterminée, mais la précision des caméra actuelles empêche que cela soit gênant. »

Mais le véritable tour de force de l’équipe RCMO c’est la création, il y a peu, d’un microscope unique au monde : le microscope spectral ou banc de caractérisation qui permet de faire des mesures avec une résolution spatial de deux micromètres et un résolution spectrale de 0,5 nm. Ce microscope, au-delà du rôle habituel qu’on attend d’un tel appareil, permet aussi de faire de la spectrographie. «  C’est comme si la lumière passait en plus dans un prisme qui la diffractait, » explique Laetitia Abel-Tiberini. Grâce à cet outil, Laetitia et son équipe peuvent vérifier quasiment au micron près la réalisation de leur travail. Une précision inégalée qui offre aux astrophysiciens de quoi observer l’univers avec encore plus d’attention.

Renaud LEVANTIDIS

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