Dimension perdue en photos

Kortabitarte Egiguren, Irati

Elhuyar Zientzia

Dans les photos, nous recueillons des images bidimensionnelles d'objets. On y perd la profondeur de l'image, la troisième dimension de tout objet. Comment pouvons-nous récupérer cette troisième dimension perdue ? Par hologrammes.
Dimension perdue en photos
01/07/2008 Kortabitarte Egiguren, Irati Elhuyar Zientzia Komunikazioa

(Photo: Université de Belgrade)
L'holographie est une technique photographique avancée qui consiste dans le développement d'images tridimensionnelles. Pour ce faire, le faisceau laser est utilisé. L'hologramme est donc une image tridimensionnelle obtenue par le faisceau laser.

L'holographie a été créée en 1947 par le physicien hongrois Dennis Gabor et a reçu le prix Nobel de physique en 1971. Son intention était d'améliorer le microscope électronique par un enregistrement photographique des images. Il n'a pas atteint l'objectif, mais il a inventé une voie intéressante pour obtenir des images: l'holographie. Il a pris le nom du grec parce holos signifie «complet» et les hologrammes montrent l'objet dans son intégralité, pas seulement une perspective. Plus tard, en utilisant le laser, Emmet Leith et Juris Upatnieks grandement amélioré le système aux États-Unis en 1963 et Juri Denisiu en Union soviétique.

La réalité entre les mains

Bien qu'il ne soit qu'un reflet de la réalité, l'hologramme garde le mystère et la sueur des scientifiques, qui tente de refléter la réalité.

La lumière laser est divisée en deux: l'un éclaire l'objet et l'autre attaque la plaque photographique. Les interférences qui se produisent lors de l'assemblage de ces deux rayons de lumière sont enregistrées sur la plaque photographique et l'image 3D de l'objet est générée après son "développement".
G. Roa

Pour cela, comme pour la photographie traditionnelle, il faut d'abord prendre la photo et ensuite la révéler. L'enregistrement d'hologrammes se base également sur deux étapes : il faut d'abord s'inscrire sur une plaque photographique, puis, après la « révéler », on fait passer un rayon de lumière pour former l'image de l'objet. Dans le cas des hologrammes, la photographie est la conséquence de l'interférence entre les rayons lumineux.

Dans les hologrammes cette interférence est due au décalage entre deux rayons de lumière. On dit que lorsque deux ondes vont dans la même phase, sans aucun décalage, elles sont cohérentes. Dans l'étude des hologrammes il est indispensable de connaître cette différence de phase entre les ondes. Pourquoi est-il important de connaître la phase d'une onde ? Les deux ondes qui partent d'un même foyer avec la même phase et avec l'intention de réaliser le même parcours ou distance, auront la même phase d'arrivée. Cependant, si le parcours réalisé par ces deux vagues est différent, les deux sont retardés et ne seront pas en phase.

Le laser est la source qui nous offre un faisceau de lumière vraiment cohérent. Dans les hologrammes, la lumière laser est divisée en deux parties : une partie du faisceau est utilisée pour éclairer l'objet et l'autre, appelée série de références, attaque le support, la plaque photographique ou l'émulsion. Ces deux rayons sont en phase. Jusqu'à quand ? Le rayon de lumière incident sur la surface de l'objet choquera l'objet et donc les rayons réfléchis seront dépassés. En fait, le faisceau lumineux qui frappe l'objet se reflète sur tous les points de l'objet, de sorte que chaque rayon réfléchi apparaît dépassé.

Le laser est la source qui offre un faisceau de lumière cohérent. Dans une lumière cohérente, toutes les ondes sont en phase, pas dans une lumière incohérente.
G. Roa
En joignant sur la plaque photographique le faisceau de lumière de référence et le faisceau de lumière réfléchi par l'objet, les deux rayons ne étant pas cohérents, des interférences se produisent entre eux. Ces interférences dépendent de la structure tridimensionnelle de l'objet, restant toutes ces informations enregistrées sur plaque photographique ou support. En révélant cela, toute l'image est reconstruite. On obtient ainsi une image de tout l'objet. En outre, nous ne devons pas oublier que chaque partie d'un hologramme est capable de reconstruire toute l'image.

Lorsque nous observons l'hologramme, nous pouvons donc voir l'objet en dimensions d'image et si nous observons que l'hologramme se déplace d'un côté à l'autre, nous verrons que l'image change et nous pourrons observer les parties de l'image, comme si nous l'avions vu dans la réalité, c'est-à-dire avec mouvement. Cependant, les hologrammes ne doivent pas nécessairement refléter une image tridimensionnelle. Il peut arriver que deux images ou plus soient insérées dans un même support et regardent l'une ou l'autre selon l'angle. Par exemple, si nous faisions un hologramme d'un livre ouvert avec une loupe au-dessus, de chaque position nous pourrions lire une certaine partie du texte.

Si ces hologrammes sont correctement éclairés, en quelque sorte, ils sortent hors de leurs limites. En outre, selon la position de l'observateur, une image différente est observée et il est souvent difficile de maintenir la tentation de les toucher.

Applications visibles

Certaines applications holographiques sont tellement quotidiennes que beaucoup de gens ne réalisent pas. Mais si vous regardez le billet que vous avez entre les mains, vous verrez immédiatement à l'arrière et à droite la bande brillante de haut en bas. Il s'agit d'un hologramme dans lequel lorsque vous déplacez le billet apparaît le symbole de l'euro et le montant du billet. Les cartes de crédit et de téléphone montrent également un hologramme pour vérifier son authenticité.

L'application la plus connue et la plus répandue est peut-être celle des systèmes de sécurité : ces images spéciales sont les cartes de crédit, cartes d'identité, etc. Bien que lumineux et accrocheur, ils ne sont pas utilisés comme ornements, mais pour entraver le travail des contrefacteurs.

Une des applications les plus intéressantes de l'holographie est la capacité de stockage de l'information. La mémoire holographique est similaire à la photographie en trois dimensions. Cependant, contrairement aux films photographiques, le matériel de la mémoire holographique peut contenir plusieurs 'images', l'une sur l'autre.

Pour ce faire, on utilise des rayons de référence émis sous différents angles. Ensuite, pour lire les «images», deux rayons laser croisés sont utilisés pour récupérer le modèle de lumière utilisé pendant l'écriture. Les informations obtenues sont d'une manière ou d'une autre selon l'angle à partir duquel le support est regardé. De cette façon, on peut stocker beaucoup d'informations sur un petit support avec lequel on attend, entre autres, que la mémoire des DVD et de leurs descendants augmente considérablement.

Les hologrammes sont utilisés comme système de sécurité sur les billets et les cartes de crédit.
I. Kortabitarte
Dans ces techniques holographiques, le laser « écrit » des informations sur un polymère sensible à la lumière. Cependant, contrairement aux DVD sur lesquels l'information est stockée en surface, l'holographie utilise le volume total du matériel pour stocker l'information. Dans les laboratoires de recherche, ces polymères spéciaux sont destinés à être perfectionnés jusqu'à ce qu'ils accumulent 1600 gigaoctets, entre autres. Il s'agit d'un énorme volume de données, équivalent à celui qui pourrait être enregistré sur les 360 DVD actuels ou écrit 780 millions de pages DIN-A4.

L'holographie sert également à démêler les secrets de la matière, car les molécules peuvent être vues en trois dimensions grâce à une technique basée sur l'holographie. Cette technique a une résolution énorme, autour de la mesure d'un atome environ. Comme dans d'autres applications, il s'agit d'enregistrer l'interférence entre les deux rayons. Les rayons utilisés, au lieu d'être laser, sont des rayons X ou des électrons. Grâce à eux, vous pouvez connaître la structure des molécules.

L'art et la science se mélangent parfois dans les hologrammes. Dans ce cas, l'artiste représente son cerveau comme une méduse située dans le ciel sombre, et on observe qu'il émet des yeux comme des chaînes d'ADN.
© 2007, Melissa Ann Lambert

L'holographie a connu ces dernières années un énorme développement dans des domaines aussi divers que la recherche, la médecine, l'industrie ou l'art. Nous avons de nombreuses utilisations connues et les utilisons dans notre vie quotidienne. Quant à l'art, il ne semble pas avoir influencé autant que prévu. Le peintre Salvador Dali fut l'un des premiers à utiliser des hologrammes, il eut toujours le désir de créer des illusions optiques dans ses tableaux.

Salvador Dalí lui-même a parlé de l'holographie en avril 1972, à New York: "Depuis l'époque de Velázquez, tous les artistes se sont intéressés aux images tridimensionnelles. Dans les temps modernes, le cubisme analytique de Picasso a essayé d'obtenir les trois dimensions de Velázquez. Maintenant, en raison du génie de Gabor, grâce à l'holographie a été atteint la capacité pour une nouvelle Renaissance de l'art".

En pleine ère de l'ordinateur, de la numérisation et de la réalité virtuelle, en ce qui concerne le cinéma et l'art, l'holographie n'a pas eu le développement attendu. Cela ne signifie pas que vous n'avez pas d'avenir, car vous avez de plus en plus d'applications.

Hologrammes solaires
Le plus grand obstacle à l'énergie solaire photovoltaïque est le prix. En fait, les cellules de silicium utilisées pour former des panneaux solaires sont très chères. Une des options pour englober ces installations est l'accumulation de lumière solaire par lentilles ou miroirs, réduisant la quantité de silicium pour produire la même quantité d'électricité. Cependant, les accumulateurs d'énergie conventionnels sont très grands et peu attrayants. Ils sont aussi complexes. Et c'est qu'en se concentrant sur le soleil, ils ont besoin de mécanismes avancés pour le suivre, et en raison du réchauffement excessif des cellules, les mécanismes de refroidissement sont essentiels.
La société américaine Prism Solar Technologies a développé un module photovoltaïque qui utilise des hologrammes pour stocker la lumière provenant du soleil. De cette façon, le prix des panneaux solaires est de 75% et ces accumulateurs de grande taille actuels peuvent être remplacés par des lames holographiques minces, même si elles ne sont pas encore aussi efficaces que les accumulateurs classiques, qui n'accumulent pas autant de lumière que les accumulateurs classiques.
Ce système nécessite 25%-85% moins de cellules de silicium qu'un panneau solaire conventionnel de la même puissance. Dans ces cas, le silicium ne couvre pas toute la surface du panneau, mais le silicium est placé dans des bandes horizontales entrecoupées de plaques holographiques. En frappant la lumière sur ces feuilles, il se divise et continue à se refléter dans le panneau jusqu'au choc avec les bandes de cellules photovoltaïques.
Cependant, même si les hologrammes ont une faible capacité d'accumulation de lumière, ils présentent des avantages par rapport à d'autres accumulateurs, comme l'absence de dispositifs de suivi solaire qui peuvent conduire la lumière provenant du soleil sous différents angles.
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