Vous n’aurez pas le temps de dire « cheese » !

Photo: INRS

Sur la table, le dispositif s’apparente à un parcours d’obstacles destiné non pas à des ninjas, mais à la lumière. Il s’agit d’un nouveau système de caméra ultrarapide, qui peut capter avec une précision étonnante jusqu’à 156,3 milliers de milliards d’images par seconde : la femtophoto­graphie en temps réel à ouverture codée et balayée, ou SCARF, selon l’acronyme anglais. Par comparaison, un téléphone en mode ralenti capte tout au plus une centaine d’images par seconde !

Un exploit technique qui ouvre la porte à l’étude de phénomènes se déroulant à l’échelle moléculaire jusqu’alors insaisissables, parce qu’ils se déroulent trop vite ou qu’ils ne se produisent pas à répétition. « On peut penser à certaines réactions chimiques entre des protéines », illustre Jinyang Liang, professeur au Centre Énergie Matériaux et Télécommunications de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS). Il est le meneur de l’équipe de recherche à l’origine de cette découverte, dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications en février 2024.

Classiquement, réaliser un film consiste à capturer des séries d’images, puis à les mettre bout à bout pour reconstituer un mouvement. Plus le mouvement qu’on désire capturer est rapide, plus le nombre d’images doit être élevé. Ce principe peut être poussé à une grande vitesse : la photographie ultra­rapide compressée, par exemple, est une approche qui consiste à synchroniser la capture d’images avec les pulsations d’un laser qui agit comme une source de lumière.

Cette technologie, sur laquelle a travaillé l’équipe du professeur Liang dans les dernières années, dépend cependant des performances des systèmes laser. Même les lasers les plus sophistiqués au monde sont incapables d’émettre des pulsations suffisamment courtes pour espérer capter 156 300 milliards d’images par seconde. Pour aller aussi vite, il a fallu sortir des sentiers battus. Les chercheurs et chercheuses ont utilisé une approche détournée : décomposer le faisceau laser pour travailler avec ses différentes composantes.

Le tour de passe-passe se produit peu après qu’une impulsion ultra-courte a frappé la scène. La lumière traverse alors un réseau de loupes, de miroirs et de dispositifs optiques – le parcours d’obstacles – qui induit délibérément un très léger décalage temporel entre les différentes longueurs d’onde parvenant au capteur photographique. Sur la vidéo subséquente générée par ordinateur, ce sont donc les différences minuscules survenant d’un spectre lumineux à l’autre qui sont reconstituées.

Pharmacologie, science des matériaux, physique des particules : les domaines où la SCARF pourrait permettre d’observer des phénomènes d’intérêt sont nombreux. Une version commercialisable de cette technologie brevetée est justement en cours de développement en collaboration avec les entreprises québécoises Axis Photonique et Few-Cycle. « Notre prochaine étape : filmer ce qui se passe à l’échelle de l’attoseconde », révèle pour sa part Jinyang Liang. Il s’agit d’un milliardième de milliardième de seconde, juste ça !

Ont aussi participé à cette recherche : Jingdan Liu, Miguel Marquez, Yingming Lai, Heide Ibrahim, Katherine Légaré, Philippe Lassonde, Xianglei Liu et François Légaré (Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, Varennes) ; l’Université de Lorraine (France) ; l’Université des sciences et technologies de Huazhong (Chine) et l’Académie chinoise des sciences.