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Hologramme
" Hologramme " sur un passeport

L'hologramme est le produit de l'holographie. Il s'agit historiquement d'un procédé de photographie en relief. Aujourd'hui, un hologramme est une image 3D qui est comme " suspendue en l'air ".

On appelle aussi, à tort, " hologrammes " les dispositifs que l'on appose sur des cartes bancaires, billets, passeports ou boites de logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous forme...). Ce sont des dispositifs difficiles à reproduire par des faussaires Hologram Counterfeiting qui ne sont pas des hologrammes mais de simples gaufrages. Ils ne contiennent pas d'information 3D. Le relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.) apparent s'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que...) quand on tourne le dispositif de 180° (la tête en bas). Le relief disparaît si l'on tourne de 90°

Le mot hologramme (L'hologramme est le produit de l'holographie. Il s'agit historiquement d'un procédé de photographie en relief. Aujourd'hui, un hologramme représente une image en...) vient du grec holos " en entier " et gramma " lettre ".

Hologramme photographique

Les principes de l'holographie (L'holographie du visible est un procédé de photographie en trois dimensions utilisant les propriétés de la lumière cohérente issue des lasers. Le mot holographie vient du grec holos « en entier » et...) furent énoncés par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui...) hongrois Dennis Gabor en 1948 après qu'il eut découvert des équations évoquant un système photographique tridimensionnel qu'il appela holographie. Il reçut le prix Nobel de Physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il récompense des figures...) en 1971. Le premier hologramme fut construit en 1965 à l'aide d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) par Emmett Leith et Juris Upatnieks. En 1969 à l'université Stanford (La Leland Stanford Junior University, plus connue sous le nom d'université Stanford, est l'une des plus prestigieuses universités américaines. Située au cœur...), le Dr.Karl H. Pribram, physiologiste du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité...) renommé, suggéra que l'hologramme offrait un puissant modèle des processus cérébraux. En 1971, le Dr.David Bohm qui avait travaillé avec Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement allemand, puis apatride...) conforta la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de Pribam et soumit la proposition d'une organisation (Une organisation est) holographique de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Pribam stipula que notre cerveau se comporte comme un hologramme et que la vraie réalité se trouve dans l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) que détectent nos sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de son...) et pas dans les objets que nous appelons réels. Pour lui, nos sens s'entendent pour créer l'illusion du monde (Le mot monde peut désigner :) qui nous entoure.

Contrairement à la photographie traditionnelle, qui ne contient qu'une information bidimensionnelle, un hologramme contient beaucoup d'informations tridimensionnelles. Il consiste dans une image d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce...) entre les ondes issues de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est...) photographié et d'une partie du même faisceau laser utilisée pour éclairer l'objet. Les détails dans l'hologramme sont très petits (inférieurs au micromètre). Sa réalisation demande :

  • des pellicules spéciales avec du grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au passage d'une ligne...) très fin.
  • une disposition mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) qui supprime ou compense des vibrations à des amplitudes inférieures au micron.
  • une source de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) avec une distance de cohérence de l'ordre de grandeur de la distance entre l'objet photographié et la plaque sensible.

L'information de la totalité de la scène est distribuée sur toute la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) de l'hologramme. Un petit morceau d'un hologramme permet de reconstituer toute l'image. Mais la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions...) (netteté) de l'image sera plus faible et les angles sous lesquels on peut observer la scène seront plus restreints.

Si l'on tourne l'hologramme, l'image tourne avec lui, mais garde sa profondeur.

L'hologramme est enregistré avec une lumière monochromatique (On qualifie de monochromatique (du grec mono-, un seul et chromos, couleur) une lumière dont la couleur n'est formée que d'une fréquence ou, par extension de sens, d'une bande très étroite de fréquence au niveau de son...), ponctuelle et cohérente : le laser.

Il existe deux sortes d'hologrammes.

  • Les hologrammes à réflexion, qui s'éclairent à la lumière comme une lampe si elle est bien orientée vers l'hologramme qui sont les plus courants.
  • Les hologrammes à transmission, qui réclament pour être vus une lumière identique à celle qui a servi à les enregistrer : un laser.

Principe

Si on prend un petit caillou et qu'on le jette dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), il va produire une série d'ondes. Maintenant si on prend 2 cailloux et qu'on les jette dans l'eau en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), leur ondes vont interférer.

C'est le même principe avec l'hologramme. On prend une plaque photographique spéciale et on prend un faisceau laser scindé (avec des miroirs semiréfléchissants) en deux faisceaux cohérents. On en envoie un directement sur la plaque et l'autre sur l'objet à holographier où il est réfléchi sur la plaque. Les interférences entre les deux faisceaux vont imprimer une image 3D sur la plaque. Pour restituer l'image, il faut envoyer un faisceau laser sous la plaque. Contrairement à une photographie où seule l'intensité est enregistrée sur la plaque, l'hologramme contient également une notion de distance (phase de l'onde) qui résulte de l'interférence avec le second faisceau.

Principe de fonctionnement d'un hologramme

Pour comprendre le principe de fonctionnement nous allons décrire l'enregistrement d'un hologramme mince d'une scène qui ne comporte qu'un seul point (Graphie) réfléchissant la lumière. Cette description est seulement schématique et ne respecte pas les échelles entre les objets et les longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...). Elle ne sert qu'à comprendre le principe.

Enregistrement d'un hologramme

Enregistrement de l'hologramme

Dans la figure de droite on éclaire la scène avec des ondes planes venant de gauche. Une partie de cette lumière est réfléchie par le point représenté par un rond ( Le mot rond caractérise et par abus de langage désigne un cercle ou une sphère. En argot, un rond c'est un sou. Une affaire rondement menée est une affaire traitée...) blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on...). Seules les ondes réfléchies vers la droite ont été dessinées. Ces ondes sphériques s'éloignent du point et s'additionnent avec les ondes planes qui illuminent la scène. Là où les sommets coïncident avec des sommets et les creux avec des creux, il y aura un maximum d'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :). Symétriquement, quand des sommets coïncident avec des creux, l'amplitude sera moindre. Il faut remarquer qu'il y a des points de l'espace qui correspondent toujours à un maximum d'amplitude et d'autres qui correspondent toujours à un minimum d'amplitude.

On place une surface photosensible à l'endroit indiqué par des pointillés. La surface sensible subira un maximum d'exposition là où l'amplitude est maximale et moins là où l'amplitude est minimale. Après traitement adéquat de la plaque, les zones très exposées deviendront plus transparentes que les zones moins exposées. Dans la figure nous avons entouré de pointillés les zones qui deviendront plus opaques.

Il est intéressant de remarquer que si, pendant l'exposition, la plaque se déplace d'une demi longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...), une bonne partie des zones aura changé de peu exposé à plus exposé et réciproquement. Dans ce cas l'enregistrement échouera.

Lecture de l'hologramme

Lecture de l'hologramme

On éclaire l'hologramme avec des ondes planes venant de gauche. La lumière passe par les " trous " non opaques de l'hologramme, et chaque " trou " donne naissance à des ondes demi-sphériques qui se propagent à droite de la plaque. Dans la figure de droite nous avons dessiné uniquement le sommet de la partie plus intéressante de ces ondes. On constate que les ondes qui sortent des trous de la plaque s'additionnent pour donner des fronts d'onde sphériques similaires à ceux produits par la lumière diffusée par le point lumineux. Un observateur placé à droite de l'hologramme voit de la lumière qui semble sortir d'un point placé là où se trouvait le point réfléchissant. Ceci est dû au fait que l'hologramme ne laisse passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) – ou favorise – que la lumière qui a la " bonne " phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) au " bon endroit ".

Un objet à la place d'un seul point

Dans la réalité, la lumière réfléchie par une petite partie d'un objet (le point de l'exemple précédent) est faible et ne peut que rendre des zones de l'hologramme un tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) petit peu plus opaques ou transparentes. Ceci n'empêche pas la création des fronts d'onde demi-sphériques lors de la lecture de l'hologramme. Seulement l'observateur trouvera que le point n'est pas très brillant.

Un deuxième point réfléchissant ajoutera, lors de l'enregistrement, ses propres zones un peu plus claires ou sombres. À la lecture, le deuxième jeu de zones claires et sombres créera un autre ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de fronts d'onde demi-sphériques qui sembleront sortir de la position où se trouvait le deuxième point. Si le point se trouvait plus loin de la plaque, on le " verrait " plus loin et réciproquement. L'hologramme a enregistré l'information tridimensionnelle de la position des points. Un objet étendu n'est autre chose qu'un ensemble de points. Chaque zone ponctuelle de l'objet crée des zones plus ou moins grises qui s'ajoutent sur la plaque. Chaque ensemble de zones grises crée, à la lecture, des ondes demi-sphériques qui semblent sortir du " bon " endroit de l'espace : nous revoyons l'image (virtuelle) de l'objet.

Dans la pratique ce type d'hologramme – mince et avec éclairage perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin...) – est très peu utilisé car les émulsions sensibles sont plus épaisses que la longueur d'onde. De plus les hologrammes droits donnent aussi des images réelles (dans le sens optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) du terme) gênantes à la lecture.

Vrai ou faux?

Plusieurs idées reçues circulent à propos des hologrammes. Certaines sont vraies mais d'autres sont fausses.

Les hologrammes enregistrent la phase : FAUX.

Les surfaces photosensibles (pellicule photographique, rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une mince membrane pluri-stratifiée d'environ 0,5 mm...), etc.) ne sont pas sensibles à la phase. Elles ne sont sensibles qu'au flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est...) lumineux (puissance par surface unitaire) de la lumière. Il n'existe aucun moyen d'enregistrer la phase sur une surface photosensible. Un hologramme enregistre l'image des interférences entre la lumière venant de la scène et celle d'un faisceau de référence. Les zones de l'hologramme qui seront les plus exposées seront celles où l'intensité de la lumière venant de la scène est la plus importante et où la différence de phase avec le faisceau de référence est la plus faible. Autrement dit, l'hologramme enregistre les places où la phase des ondes venant de la scène est proche de celle du faisceau de référence. Les endroits de l'hologramme qui seront le moins exposés seront ceux où l'amplitude est grande mais où les phases sont en opposition (180°). Après le développement de l'hologramme, les zones les plus exposées deviendront plus transparentes et les moins exposées plus opaques (il s'agira (Agira est une commune italienne de la province d'Enna dans la région Sicile en Italie.) d'un positif et non d'un négatif).

L'hologramme reproduit exactement les ondes lumineuses originales : FAUX.

Pour observer l'hologramme, on l'éclaire avec un faisceau de lumière monochromatique similaire à celui utilisé comme référence pour l'enregistrement. Quand la lumière traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules circulant sur les...) l'hologramme, son amplitude est modulée par la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le...) de celui-ci. Aux endroits où l'hologramme est plus transparent, plus de lumière le traversera. C’est-à-dire, plus de lumière traversera l'hologramme là où l'amplitude de l'interférence était plus forte au moment de l'enregistrement. Mais si l'hologramme change l'amplitude, il ne change pas la phase de la lumière. La phase de celle-ci sera la même que si l'hologramme n'était pas là.
La situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus...) n'était pas la même au moment de l'enregistrement. Les ondes, au niveau de l'hologramme, étaient le résultat de l'addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs extensives de même nature, comme les longueurs, les...) du faisceau de référence plus la lumière venant de la scène, dont la phase était différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité...). La phase de l'addition était, donc, différente de la phase du faisceau de référence. Donc, comme l'hologramme en lecture, ne change que l'amplitude du faisceau, la phase de la lumière, au moment de la lecture, est différente de celle au moment de l'enregistrement.
Comme le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de lumière est différent à la sortie de l'hologramme, il continuera a l'être à mesure que les ondes s'éloignent.
Les ondes que traversent l'hologramme sont différentes de celles qui l'ont enregistré. Mais elles sont assez proches pour créer des fronts d'onde similaires à ceux qui sortaient de la scène originale. Ces fronts d'onde sont consistants avec une image virtuelle similaire à la scène originale.

Chaque fragment d'un hologramme contient toute l'information de toute la scène : FAUX.

Chaque fragment de l'hologramme contient toute l'information de la scène vue de l'endroit où se trouvait le fragment.
Chaque fragment de l'hologramme a enregistré la scène " telle qu'il la vue ", avec ses parties cachées et les positions relatives de chaque partie de la scène. Avec un morceau venant de la droite de l'hologramme vous ne pourrez voir la scène comme elle serait vue du côté gauche. Vous pouvez imaginer le fragment d'hologramme comme une petite fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) sur la scène, située à la place du fragment.

Si le fragment d'hologramme est petit, la scène apparaît floue : VRAI, MAIS...

C'est vrai, mais pour que la perte de netteté soit évidente, il faut que le fragment soit vraiment très petit. L'effet ne commence à être visible que si les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) du fragment sont inférieures à 1 millimètre.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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