Caméra de labo : 11 images de la femtoseconde à la nanoseconde

Une impulsion laser frappe un échantillon de verre. Dans les 100 premières femtosecondes, le matériau commence à changer. En moins de 10 nanosecondes, des ondes de choc le traversent et de la matière est éjectée. Dans une expérience de laboratoire publiée dans la revue Optica, une équipe de l'université de Tokyo a capturé cette séquence entière en 11 images, en un seul tir.

La photographie ultrarapide classique fonctionne aux échelles de la microseconde (millionième de seconde) et de la milliseconde (millième de seconde), et prend ses images à intervalles réguliers, ou presque. Cela convient aux phénomènes qui se déroulent de façon continue. Elle manque en revanche les moments où un processus change le plus vite, car tous les changements importants ne surviennent pas à intervalles bien réguliers.

L'équipe, dirigée par le professeur associé Keiichi Nakagawa, du département de bio-ingénierie, concentre ses images là où le changement est le plus rapide. Sa méthode, la photographie ultrarapide logarithmique, place les images serrées aux premiers instants et plus espacées ensuite. Elle est mise en œuvre avec STAMP (photographie cartographique entièrement optique à cadencement séquentiel) et utilise BRIDGE (génération individuelle de retards résolue en bandes), qui extrait les bandes de longueurs d'onde l'une après l'autre et permet de chronométrer chaque bande indépendamment, tout en la rattachant à un instant précis du processus. Le résultat est de 11 images couvrant environ cinq ordres de grandeur en durée, de 100 femtosecondes à 10 nanosecondes. Keitaro Shimada, chercheur postdoctoral dans le groupe de Keiichi Nakagawa et premier auteur, a résumé l'objectif simplement : « Nous voulions trouver un moyen de relier ces échelles de temps très différentes dans une seule mesure. »

Pour les chercheurs en traitement laser, en science des matériaux, en recherche sur les plasmas et les ondes de choc, ainsi qu'en biomédecine, l'intérêt tient aux phénomènes difficiles à reproduire à l'identique. Nakagawa soutient que « enregistrer les premiers et les derniers stades d'un même événement peut révéler des relations qui risqueraient d'être perdues lorsqu'une séquence est reconstituée à partir d'expériences séparées ». L'équipe propose ces domaines comme principaux usages. Il ne s'agit encore que de propositions : la démonstration porte sur du verre et sur l'hydroxyapatite, minéral des os et des dents, et aucune date n'est donnée pour un usage au-delà du laboratoire.

Les limites sont concrètes. Chaque mesure correspond à un seul tir, si bien que chaque événement ne donne qu'une séquence de 11 images avec ce dispositif. Les sources consultées ne précisent ni la résolution des images, ni le coût de l'équipement, ni son encombrement, pourtant déterminants pour savoir jusqu'où la méthode pourra sortir d'un laboratoire spécialisé.