Hologrammes : comment une image peut-elle flotter en relief ?

Intervenant 10:00

Bienvenue dans le podcast du magazine Tangente. Aujourd'hui, on plonge au cœur d'un article scientifique pour vraiment décortiquer le mystère des hologrammes. L'objectif, c'est de comprendre comment se forment réellement ces images en trois dimensions. Et le plus fou, en fait, c'est que le point de départ de tout ça, ça ne vient pas d'un laboratoire de la Silicon Valley, mais de l'esprit de Jules Verne. Dès 1892, dans son roman gothique Le Château des Carpathes, il imagine une cantatrice qui apparaît sous forme d'illusions fantomatiques.

Intervenant 20:28

Ouais, c'est assez fascinant de se dire que cette simple idée de science-fiction a donné naissance, des décennies plus tard, à une des percées optiques les plus complexes de l'histoire.

Intervenant 10:37

Sauf que Jules Verne, il n'a pas vraiment laissé de mode d'emploi. Du coup, comment on passe d'un fantôme de papier à une véritable théorie scientifique ?

Intervenant 20:45

En se heurtant d'abord à un mur pendant un bon demi-siècle. Il a vraiment fallu attendre 1947 pour que l'ingénieur Denis Gabor théorise le concept.

Intervenant 10:55

Ah, donc 50 ans plus tard quand même.

Intervenant 20:57

Exactement. A l'époque, ces recherches portaient sur l'optique électronique, c'est-à-dire l'utilisation d'électrons au lieu de la lumière classique pour essayer d'améliorer la résolution des microscopes. Et c'est vraiment dans ce contexte qu'il a l'idée de ce qu'il appelle la reconstruction par front d'onde.

Intervenant 11:12

Attendez, la reconstruction par front d'onde, c'est quand même un peu rude à digérer comme terme. Si on s'en tient à l'étymologie qu'a donné le mot holographie un peu plus tard, on a le grec holos pour entier et graphène pour écrire.

Intervenant 21:23

Oui, c'est ça.

Intervenant 11:24

Donc on cherche littéralement à écrire l'histoire entière de la lumière, c'est bien ça.

Intervenant 21:28

C'est tout à fait l'idée centrale, oui. En fait, une photographie normale, elle est plate parce qu'elle capte uniquement l'intensité lumineuse. Elle écrase la réalité.

Intervenant 11:37

Ouais, elle prend juste la couleur et la luminosité quoi.

Intervenant 21:41

Voilà. Alors que l'holographie, en capturant ce fameux front d'onde, enregistre aussi le temps qu'a mis la lumière pour arriver de chaque point de l'objet.

Intervenant 11:51

Ah, donc on capte vraiment l'information de distance ! Et c'est ça qui trompe notre cerveau et crée le relief. Mais si Gabon avait toute la théorie mathématique à la fin des années 40, pourquoi s'arrêter en si bon chemin ? Ses calculs étaient incomplets.

Intervenant 22:08

Ah non, non, pas du tout. Sa théorie était parfaite sur le papier. Ça lui vaudra d'ailleurs le prix Nobel de physique bien plus tard. Le vrai problème, c'était la lumière elle-même en fait.

Intervenant 12:18

C'est-à-dire ?

Intervenant 22:19

La lumière naturelle d'une ampoule classique, elle est beaucoup trop chaotique pour écrire des informations de distance proprement.

Intervenant 12:25

Ah oui, ça part dans tous les sens.

Intervenant 22:26

C'est ça, c'est comme une foule désordonnée où tout le monde marche dans des directions différentes, à des vitesses différentes.

Intervenant 12:32

D'accord, je vois.

Intervenant 22:33

Donc, pour concrétiser l'hologramme, il a fallu attendre 1963 à l'Université du Michigan, avec l'arrivée d'une technologie vraiment cruciale, qui est le laser.

Intervenant 12:41

Ah bah oui, parce que le laser, lui, il est hyper organisé. Ses ondes se propagent parfaitement en phase. Au lieu de la foule chaotique, on a une armée qui marche au pas.

Intervenant 22:49

C'est exactement ça. C'est ce qu'on appelle une lumière cohérente. Et grâce à cette rigueur, on peut réaliser une expérience d'une précision absolue.

Intervenant 12:57

Et concrètement, ça marche comment ?

Intervenant 22:59

Alors, le mécanisme repose sur une division. On prend un faisceau laser et on le coupe en deux. Le premier faisceau va aller directement sur un cliché transparent, sans aucune altération.

Intervenant 13:10

Ok, et le deuxième ?

Intervenant 23:12

Le second, lui, il vient frapper l'objet à immortaliser. Et c'est la lumière qui rebondit sur cet objet qui vient ensuite frapper ce même cliché.

Intervenant 13:20

Ah, je crois que je comprends. Les deux faisceaux finissent donc par se percuter sur le cliché. C'est un peu comme si on jetait deux cailloux dans un étang calme, non ? Les vagues se propagent et se rencontrent.

Intervenant 23:31

C'est une excellente analogie.

Intervenant 13:33

Et le cliché transparent, ce serait un peu la surface de cet étang qu'on gèlerait instantanément pour capturer l'empreinte de ce choc ?

Intervenant 23:40

Voilà, et ce motif figé, c'est ce qu'on appelle l'interférence. Le cliché n'enregistre pas du tout une image de l'objet. Il enregistre la trace mathématique microscopique de ces

Intervenant 13:50

collisions d'ondes. Sauf que si je regarde un cliché rempli de collisions d'ondes invisibles, je vais voir qu'un brouillard grisâtre, non. Je ne vois pas bien comment ça devient un objet en 3D qui flotte dans mon salon.

Intervenant 24:02

Il faut le réveiller en quelque sorte. En éclairant ces microscopiques vagues figées sur le cliché, avec un laser sous le bon angle, la lumière va ricocher

Intervenant 14:12

dessus.

Intervenant 24:13

Elle est déviée avec une telle précision qu'elle recrée le chemin exact qu'elle aurait pris si l'objet était toujours là.

Intervenant 14:20

Donc quand on regarde à travers le cliché, nos yeux reçoivent exactement les mêmes rayons lumineux que si l'objet physique se trouvait devant nous. C'est quand même incroyablement satisfaisant de réaliser que la magie d'une image flottante repose simplement sur de la géométrie pure.

Intervenant 24:33

Exactement. La perception un peu magique d'un fantôme cède vraiment la place à la mécanique très précise des ondes lumineuses.

Intervenant 14:40

Ce qui laisse imaginer des choses encore plus folles en fait. Puisque l'holographie fonctionne en enregistrant les interférences pour recréer une information de distance entière, On pourrait très bien imaginer appliquer ce principe de reconstruction à d'autres spectres.

Intervenant 24:53

Absolument,

Intervenant 14:53

oui. Comme les ondes sonores, par exemple. On pourrait sculpter de véritables environnements acoustiques physiques en trois dimensions et ramener les voix du château des Carpathes pour qu'elles se déplacent physiquement autour de nous. De quoi vraiment laisser vagabonder l'imagination pour la suite.