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La vision nocturne bientôt dans les parebrises des voitures ?

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En exploitant les propriétés de conduction thermique du graphène, des chercheurs du MIT ont créé un capteur thermique qui, contrairement aux appareils existants, ne nécessite pas de système de refroidissement. Une avancée qui ouvre la voie à l'intégration de détecteurs à infrarouges flexibles et transparents aussi bien dans des smartphones ou des tablettes que des parebrises d'automobiles.

Grâce au graphène, les détecteurs thermiques pourraient être simplifiés, miniaturisés et produits à moindre coût. © Nadya Peek, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Les propriétés conductrices du graphène, tant pour l'électricité que la chaleur, en font un matériau de prédilection pour la détection infrarouge. Des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont créé un capteur thermique en combinant des thermopiles au graphène et un Mems (Micro Electro-Mechanical Systems, dispositif électromécanique miniature) à base de silicium. Ce capteur traite le signal thermique et le convertit en un signal électrique. Cette configuration permet d'envisager l'utilisation de ce type de capteur pour les imageurs thermiques, l'imagerie de corps noirs ainsi que la détection de la signature thermique humaine.

Le recours au graphène joue également un rôle clé pour la dissipation de la chaleur. En effet, il permet de filtrer les bruits thermiques parasites sans passer par un système de refroidissement, comme c'est le cas des équipements actuels, qui sont pour la plupart encombrants et coûteux. Pour dissiper la chaleur, des bandes de graphène servent à suspendre le capteur dans le vide afin de l'isoler du reste de l'équipement et ainsi éviter d'avoir à refroidir l'ensemble. Lors de ses essais, l'équipe du MIT a pu détecter la signature thermique d'une main humaine à température ambiante sans utiliser un réfrigérant.

À gauche, le schéma montre le capteur thermique composé de quatre bandes de graphène supportant le récepteur d'ondes infrarouges, au centre, réalisé avec les techniques de fabrication des Mems. La surface sensible, de 100 microns de large, est composée de nitrure de silicium. À droite, l’image thermique du logo du MIT, obtenue par un scan d'une pièce d'acier sur laquelle des trous ont été percés pour écrire le strois lettres. © Massachusetts Institute of Technology, American Chemical Society

Des imageurs thermiques transparents et flexibles

La capacité du graphène à améliorer la dissipation de chaleur dans les composants électroniques a été démontrée il y a déjà plusieurs années par une équipe réunissant des spécialistes du CEA en France et de l'université du Texas à Austin (États-Unis). Dans leur article scientifique publié par la revue Nano Letters, les chercheurs du MIT expliquent que la très grande mobilité des charges électriques dans le graphène lui confère des performances intrinsèques qui surpassent les meilleurs imageurs à thermopile. Selon eux, cette innovation permet d'envisager la création d'imageurs thermiques « à bas coût, transparents et flexibles ». À terme, ce type de capteur pourrait être intégré dans des terminaux mobiles type smartphones ou tablettes tactiles.

« Par exemple, à l'avenir, nous pourrons intégrer des détecteurs à infrarouges dans chaque téléphone mobile et ordinateur portable. Ce qui veut dire que dans le futur, vous pourrez contrôler ces appareils simplement en bougeant la main en face d'eux », assure Tomás Palacios, l'un des auteurs de cette étude citée par Live Science. Bien que des systèmes de détection des mouvements basés sur des caméras (comme Leap Motion ou Kinect) existent déjà, ils nécessitent une importante puissance de calcul. L'imagerie d'un corps en mouvement par détection thermique est techniquement plus simple car elle détermine les contours en se basant sur la différence de température par rapport au reste de l'environnement.

Le chercheur envisage également que ce type de capteur puisse être intégré dans les parebrises des automobiles pour offrir une vision nocturne en temps réel sans entraver la visibilité. Dans sa conclusion, l'article scientifique évoque également mais sans entrer dans le détail des applications possibles pour l'inspection des matériaux ou dans le domaine de la biologie.

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