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High-tech : gouttes d'eau sous pression pour lentilles révolutionnaires

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Ce n'est rien d'autre qu'une goutte d'eau, ou presque... C'est surtout une lentille qui adapte sa focale en modifiant simplement sa forme comme le fait notre œil...L'innovation spectaculaire d'un laboratoire de Singapour pourrait améliorer les performances des petites caméras de téléphones mobiles, des webcams mais aussi des systèmes médicaux optiques de précision.

Le rayon de courbure de la lentille liquide augmente avec sa pression

Saman Dharmatilleke et son équipe de l'Institute of Material Research an Engineering (IMRE) , publiés dans la lettre spécialisée Applied Physics Letter  (1) , ont conçu un dispositif optique incroyablement simple en apparence mais révolutionnaire : il s'agit d'une minuscule goutte d'eau (n'importe quel autre liquide caractérisé par une forte tension superficielle fera l'affaire).

Une goutte possède en effet à l'état naturel un rayon de courbure qui lui confère des propriétés semblables à celles d'une lentille optique conventionnelle. Elle est placée à l'entrée d'un petit cylindre (un « puits »). L'application d'une différence de potentiel à sa surface provoque une variation de pression dans la goutte, modifiant son rayon de courbure et par voie de conséquence faisant varier la distance focale de ce qui devient alors une lentille optique autofocus imitant le fonctionnement de l'œil.

Deux types de lentilles ont ainsi pu être fabriqués par l'équipe asiatique : un modèle « bi-convexe » où les deux côtés peuvent être activés, et un modèle « plan-convexe », avec un côté plan et l'autre sur lequel va s'appliquer la modification de pression.

Ces lentilles d'un nouveau genre sont les plus petites jamais réalisées : les chercheurs les ont testées avec des gouttes de seulement 100 microns à 3 mm de diamètre. Bien sûr, plus la taille est importante et plus l'image est de qualité, du fait de la quantité de lumière collectée par la goutte. Mais l'efficacité semble limitée « jusqu'à deux millimètres » selon les propos des chercheurs à Appl. Phys. Lett. Au-delà, on se heurte à des problèmes de stabilité de la goutte de liquide.

Pour les endoscopes et les microscopes médicaux

Les nouvelles lentilles seront commercialisées par la société de Singapour PGS Precision, avec laquelle le laboratoire a signé un accord de licence. Elles seraient très économiques à produire : les Singapouriens espèrent 20% de gain par rapport aux lentilles classiques. Autre avantage : le dispositif optique se révèle plus précis, plus fiable et moins fragile. Comparée aux systèmes autofocus classiques, où une lentille solide doit être déplacée mécaniquement (en avant ou en arrière par rapport au sujet afin d'ajuster la focale), elle reste stable et c'est son rayon de courbure qui change.

L'emploi de liquides n'est pas tout à fait une première. Des systèmes existent déjà comme cette lentille fluide à focale variable développée en 2004 par Philips. La différence réside d'une part dans la composition (chez Philips il s'agit d'une solution aqueuse entourée d'huile) et le mode d'activation (la pression pour l'IMRE ; la conductivité électrique pour Philips). D'après un ingénieur de Philips, dont les propos ont été recueillis par la revue spécialisée Technology Review, les lentilles « à pression » sont plus économes en énergie : la différence de potentiel à appliquer avec la solution de Philips doit en effet être supérieure pour modifier la conductivité électrique.

Selon les chercheurs de l'IMRE, la lentille liquide « à pression » pourrait être la solution pour les systèmes miniaturisés ou portables nécessitant une fonction autofocus très précise, comme par exemple les webcams ou les caméras de téléphones mobiles, mais surtout les scanners pour codes à barres, et les endoscopes et autres microscopes médicaux.

(1) Applied Physics Letter, 88 041120

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