Ajuster la réflectance d'un verre tout en préservant sa qualité de transparence
Publié par Redbran le 26/09/2018 à 12:00
Source: CNRS
Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (1) de l'Institut Fresnel (2) et du Groupe PSA ont conçu un support en verre novateur capable d'afficher des images virtuelles même dans des conditions d'éclairage ambiant défavorables, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en restant transparent. Il pourrait déboucher sur des applications de réalité augmentée (La notion de réalité augmentée désigne les systèmes (au sens informatique) qui rendent possible la superposition d'un modèle virtuel 3D ou 2D à la perception que nous avons naturellement de la...), notamment dans l'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est...).


© CNRS

Avec un système de vision tête haute, le conducteur d'une voiture n'a plus besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories :...) de baisser les yeux pour consulter son tableau de bord (Le tableau de bord est l'élément qui indique au conducteur d'un véhicule (automobile, bateau), les paramètres de fonctionnement de celui-ci. Il est le plus souvent situé face au conducteur ou pilote, dans certains cas, les...) ou son GPS: les informations s'affichent directement en avant du pare-brise (Un pare-brise est une vitre située à l'avant d'un véhicule qui permet de protéger les passagers du vent tout en assurant une bonne visibilité au conducteur.), sans l'obliger à quitter la route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) des yeux et tout en préservant une vision claire à travers le vitrage. Pour réaliser ce type d'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support destiné à son émission, externe ou interne, ce qui en fait un média à part entière sans contexte rédactionnel....), qui intéresse aussi l'aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) et d'autres applications de "réalité augmentée", il faut un support qui réfléchit l'image que l'on y projette tout en restant parfaitement transparent. Le procédé novateur mis au point (Graphie) par des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (1) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Fresnel (2), en collaboration avec le Groupe PSA, a pour but d'améliorer les performances d'un support d'affichage de réalité augmentée, en augmentant sa réflectance pour une certaine 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...) 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...), sans nuire à sa 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 verre est...). De plus, il permet de voir les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement,...) affichées quel que soit l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'incidence (la position de la tête de l'observateur), et s'affranchit des problèmes de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être...) ou diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation »...) de la 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 780nm (rouge). La lumière est...) qui pourraient nuire à la vision en transparence.

Pour réaliser le support de réalité augmentée, les chercheurs ont développé une voie originale (3): la création de nanostructures - des nanoparticules d'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) de 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.) contrôlées - à 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...) d'une plaque de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice...). Ces nanoparticules créent localement un phénomène de résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci se produisent...) plasmonique (4), responsable de l'augmentation de la réflectance du verre autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) de la longueur d'onde choisie. Pour que le support reste transparent, les particules doivent être suffisamment espacées. Un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) périodique a l'inconvénient d'engendrer de la diffraction, qui nuit à la qualité visuelle. Les chercheurs ont opté pour un agencement en "désordre corrélé", dans lequel la distance entre plus proches particules est presque constante. "L'agencement en désordre corrélé permet de s'affranchir des problèmes de diffraction sans pour autant engendrer de diffusion, elle aussi préjudiciable à la vision en transparence", indique Béatrice Dagens, directrice de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) au Centre de nanosciences et de nanotechnologies.

Des tests ont validé ces performances sur une surface d'affichage d'environ 1 cm² et la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) sera prochainement validée pour de plus grandes surfaces, en particulier à l'aide de techniques de nano impression.

Le Centre de nanosciences et de nanotechnologies et le Groupe PSA ont par ailleurs décidé d'élargir leur collaboration en créant un laboratoire commun de recherche dans le domaine de l'optoélectronique et de la photonique. Plusieurs équipes du Centre de nanosciences et de nanotechnologies seront amenées à participer à cet "OpenLab", baptisé PhOVeA, pour Photonique et optoélectronique pour véhicules automobiles.

Notes:
(1) CNRS/Université Paris-Sud

(2) CNRS/Aix-Marseille Université/École centrale Marseille

(3) Correlated Disordered Plasmonic Nanostructures Arrays for Augmented Reality, Hervé Bertin, Yoann Brûlé, Giovanni Magno, Thomas Lopez, Philippe Gogol, Laetitia Pradere,Boris Gralak, David Barat, Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Demésy, and Beatrice Dagens. ACS Photonics, Mai 2018, DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00168

(4) Le phénomène de résonance plasmonique résulte de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre une onde électromagnétique et les électrons de conduction à la surface d'un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des...). Ici, c'est l'interaction entre l'onde incidente et les nanoparticules d'argent, pour une longueur d'onde précise, qui crée une oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le domaine.) couplée avec les électrons (un "plasmon"). La nanoparticule se comporte alors comme une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.) qui ré-émet de la lumière: la réflexion de la lumière incidente est accrue.
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