la limite de diffraction dépassée?

[canardos]

[center]Une barrière de la physique est franchie[/center]

LE MONDE | 23.02.07 |

Aujourd'hui, les images des meilleurs microscopes standards sont limitées dans leur définition par une "barrière" de la physique, au-delà de laquelle les objets deviennent flous. Cette limite est fonction de la moitié de la longueur d'onde de la lumière éclairant l'objet que l'on veut regarder. Universelle, elle vaut tant pour les ondes lumineuses que pour les micro-ondes et en acoustique. Et la "super-résolution", qui permettrait de passer cette frontière, reste un Graal pour les physiciens.


Une équipe française vient de proposer une approche inédite pour s'affranchir de cette contrainte. Dans la revue Science du 23 février, Mathias Fink et ses collègues Geoffroy Lerosey, Julien de Rosny et Arnaud Tourin, du Laboratoire ondes et acoustique (CNRS, ESPCI, Paris-VII), expliquent que leurs "miroirs à retournement temporel" permettent de sauter cette barrière.

Ces miroirs sont des dispositifs qui, après avoir capté un son - ou une onde électromagnétique - le renvoient vers son lieu d'émission mais inversé après traitement numérique. Ils peuvent refocaliser précisément une onde vers son origine, en particulier dans des milieux très désordonnés, ce qui a ouvert des applications tant dans les communications sous-marines, que dans l'imagerie médicale et le contrôle non destructif des matériaux (Le Monde du 18 mai 2005).

Les télécommunications sont aussi intéressées par ce principe. C'est sur le domaine des micro-ondes que portent les derniers travaux de l'équipe de Mathias Fink. Elle a utilisé une rangée de huit antennes émettrices et réceptrices espacées de quelques millimètres, une distance bien inférieure à la longueur d'onde (12 cm) d'un signal diffusé à 2,45 gigaHertz, la fréquence de la norme Wifi. Ils ont surmonté ces antennes d'un curieux réseau aléatoire de fins fils de cuivre.


"FIBRE OPTIQUE VIRTUELLE"


Par la technique du "retournement temporel", les chercheurs ont été capables de refocaliser à volonté sur chacune de ces antennes des signaux qui, en théorie, auraient dû être brouillés à cause de la limite de diffraction. Ils attribuent cette super-résolution à ce réseau aléatoire, enchevêtré, de "spaghettis" de cuivre.

La "preuve" du pouvoir discriminant du dispositif est apportée par le transfert d'une photo couleur, décomposée en trois fichiers numériques correspondant aux couleurs rouge, vert et bleu. Chaque couleur est envoyée à une antenne distincte. Sans les "spaghettis" de cuivre, les signaux sont brouillés et la photo reconstituée est grise, alors qu'avec les "spaghettis", ses couleurs d'origine sont parfaitement restituées.

"Au début, on n'y a pas cru, raconte Mathias Fink. Puis nous avons compris que ce milieu très aléatoire jouait un peu le rôle de la fine pointe des microscopes en champ proche." Celle-ci permet de dépasser la limite de diffraction en transformant, par contact, les ondes lumineuses évanescentes, normalement cantonnées à la surface de l'échantillon, en ondes "propagatives", qui peuvent être captées à plus longue distance. L'image obtenue reste cependant fort ponctuelle. L'écheveau de cuivre des miroirs, proche des antennes, permet de la même façon de convertir les ondes évanescentes en ondes propagatives puis, lorsque le signal est renvoyé, de régénérer les ondes évanescentes et de retrouver les détails du signal original.

On peut imaginer des applications en microscopie, mais Mathias Fink voit déjà le parti qu'on pourrait tirer dans les télécommunications de cette refocalisation fine, qui fonctionne précisément de point à point. "Avec ces miroirs particuliers, on obtient une sorte de fibre optique virtuelle : les communications n'ont pas besoin d'être codées, puisqu'elles ne se reconstituent qu'au point focal, sur l'antenne. C'est une sorte de super-cryptographie", s'enthousiame-t-il.

Le fait de pouvoir s'affranchir de la limite de diffraction ouvre aussi la voie à "des super-connecteurs sans fil". Nul doute que son équipe, qui multiplie les brevets et les start-up, saura trouver des débouchés pour cette découverte.

Hervé Morin

[titi]

c'est fabuleux cette idée !