Trois maîtres de la lumière

Le comité qualifie les trois scientifiques, tous à la retraite, de "maîtres de la lumière", car leurs travaux ont permis "la création de nombreuses innovations pratiques pour la vie de tous les jours et apporté de nouveaux outils pour l'exploration scientifique".

Charles Kao, 75 ans, a fait ses découvertes il y a 43 ans déjà, en 1966. On connaissait déjà le principe du laser (la lumière cohérente) et de son guidage dans des fils de verre. Mais la lumière ne pouvait être transportée que sur de très faibles distances avant de disparaître. Il a montré qu'il fallait utiliser une lumière à d'autres longueurs d'onde que le visible ou le proche UV (il faut le proche infrarouge à la longueur d'onde de 1,55 micromètre) pour éviter les pics d'absorption du verre et permettre un passage, quasi sans atténuation, du signal, sur de très longues distances. Le signal diminuait cependant encore à cause des impuretés du verre mais en travaillant avec des fibres ultra-fines de quartz et de silice très purs, il a pu construire des fibres optiques fonctionnant sur des longueurs gigantesques.

Si on utilise par exemple, ces fibres sur de courtes distances dans le matériel endoscopique des médecins ou dans les câbles de nos télédistributeurs, on les retrouve pour véhiculer les messages télécoms sur des milliers de km. On peut faire aujourd'hui, une fibre optique qui fait le tour de la terre et peut transmettre sur des milliers de km, sans atténuation forte la lumière émise par une simple diode luminescente. "Si nous devions déployer toutes les fibres optiques du globe, nous aurions un seul fil de plus d'un milliard de kilomètres - de quoi faire plus de 25000 fois le tour de la planète - et cela augmente de milliers de kilomètres chaque heure", souligne le comité Nobel pour marquer le développement incroyable de ces découvertes.

Les deux autres lauréats du Nobel sont aussi des "maîtres de la lumière". George Smith, 79 ans et Willard Boyle, 85 ans, sont à la base du CCD ("dispositif à couplage de charge"). Philippe Emplit l'explique. Au départ, il y a le principe de la photo-diode qui transforme une énergie lumineuse en courant électrique. L'amplitude du courant mesuré est une indication sur l'intensité de la lumière reçue. On peut donc aligner ces photo-diodes dans une grille et mesurer pour chacune l'intensité lumineuse reçue et reconstituer ainsi une image. Le problème était qu'en alignant des milliers de photo-diodes, on avait des milliers de fils et de mesures à faire : c'était lourd et lent. Les deux Nobel ont montré qu'on pouvait agir en transférant la charge d'une diode à l'autre et mesurer alors par lignes de photo-diodes, ce qui permettait un captage de l'image bien plus compact (sur une puce de silicium), rapide et efficace. Grâce à cela, on a pu construire des caméras digitales et augmenter considérablement la précision des appareils de photo numériques qui rivalisent désormais avec la photo argentique. Grâce au CCD, on peut placer des capteurs à quelques microns les uns des autres (5 à 10 microns), soit une précision du même ordre que les molécules d'argent qui font le grain d'un film argentique.

"Je me vois tous les jours quand je me promène, je vois tous ces gens utiliser ces petits appareils photos numériques", a expliqué Wiliard Boyle dans une communication au comité Nobel juste après l'annonce. "Même si ce ne sont pas exactement nos CCD, ils en sont à l'origine, donc nous sommes ceux, je suppose, qui avons été à la source de cette profusion de petits appareils utilisés à travers le monde", a-t-il dit. La plupart des appareils photos numériques actuels utilisent un capteur CMOS plus efficace, même si le CCD est toujours utilisé dans la haute technologie. Le capteur a également eu des applications de photographies extrêmement nettes de lieux lointains dans l'espace ou au fond des océans. "La part la plus importante de notre invention, qui m'a touché personnellement, c'est lorsque la mission sur Mars est arrivée à la surface de Mars et qu'elle a utilisé un appareil photo comme le nôtre et que nous avons vu la première fois la surface de la planète rouge", a-t-il expliqué.

Pour l'anecdote, on apprend que Willard Boyle a fait ses études de maths en 3 ans au lieu de 4 et qu'il a obtenu son doctorat de physique en publiant une thèse de trois pages seulement. "C'était très court mais plutôt bon", se souvient-il."