SWIFTS: vers un spectromètre de l'épaisseur d'un cheveu

Astronomie, médecine, détection de gaz dangereux, surveillance de la qualité de l'eau, depuis la recherche fondamentale jusqu'à la vie de tous les jours, les applications de la spectrométrie ne manquent pas. Le principe consiste à mesurer précisément les longueurs d'onde émises ou absorbées par un objet afin d'en analyser sa composition exacte. Seul problème, avec des dimensions de l'ordre de 10 x 10 x 5 cm, l'objet est parfois encombrant. Mais en concevant SWIFTS, une équipe de chercheurs francais menée par Etienne le Coarer, ingénieur-astronome au Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (UMR CNRS, Université Joseph Fourier), vient d'apporter une solution révolutionnaire à ce problème d'encombrement. Il s'agit du plus petit spectromètre jamais conçu, 750 x 22 x 500 µm !


Le principe repose sur une combinaison inédite d'une technique d'interférométrie élaborée par le prix Nobel de physique Gabriel Lippmann à la fin du 19ème siècle, et de la microélectronique. SWIFTS est composée d'une fibre optique dans laquelle une onde vient interférer avec elle-même selon deux configurations possibles: soit en disposant un miroir en bout de fibre, il s'agit alors de l'effet Lippmann, soit en séparant la lumière incidente en deux ondes qui sont alors injectées dans la fibre dans les deux sens de propagation.

L'interférogramme ainsi obtenu doit être mesuré par des nanodétecteurs pour ensuite être traité afin d'en déduire l'intensité en fonction des longueurs d'onde qui composent le rayonnement incident. Pour simuler ces nanodétecteurs qui n'existent pas encore, l'équipe d'Etienne le Coarer a disposé une série de nanofils d'or de 50 nm d'épaisseur et de 4 μm de long au coté de la fibre. Et les premiers résultats obtenus avec SWIFTS sont plus qu'encourageants: une résolution spectrale de 4 nm à une longueur d'onde de 1,5 μm.

Avec la réalisation de ce spectromètre compact à haute résolution, capable de mesures instantanées sans le moindre réglage et facilement transportable, les chercheurs attendent avec impatience la conception prochaine des nanodétecteurs. Et les investisseurs ne devraient pas tarder à se bousculer car les applications sont nombreuses. En médecine par exemple, l'étude de cellules cancéreuses se fait actuellement à l'aide d'un spectromètre tenant au mieux dans une boite à chaussures, ce qui nécessite un prélèvement parfois douloureux pour le patient.

Avec un appareil de type SWIFTS de la taille d'un cheveu, la mesure pourrait être effectuée in situ. En astronomie également, car les spectromètres actuels très volumineux pourraient être remplacés par des instruments de la taille d'un appareil-photo. La miniaturisation offerte par SWIFTS permet aussi d'envisager des perspectives intéressantes dans de nombreux autres domaines d'applications: télécommunications, imagerie, détection de gaz nocifs ...