Des chercheurs de l'Université de Tsinghua ont conçu Yuheng, une puce optique miniature capable d'analyser la lumière avec une précision 100 fois supérieure aux technologies actuelles.
Cette avancée, publiée dans Nature, aurait la capacité de ramener la cartographie de la Voie lactée de plusieurs millénaires à moins d'une décennie et ouvrir la voie à des applications inédites.
L'analyse spectrale de la lumière a toujours été un jeu d'équilibre. Pour décomposer un rayon lumineux en ses couleurs constitutives avec une grande précision, les scientifiques ont longtemps dû s'appuyer sur des instruments volumineux, complexes et lents.
Cette contrainte physique imposait un compromis quasi inévitable entre la résolution spectrale (la finesse des détails colorimétriques) et l'efficacité de la capture lumineuse.
Plus un appareil était précis, plus il perdait de lumière, rendant les dispositifs à la fois compacts et ultra-performants presque impossibles à concevoir.
Dépasser les limites de l'optique traditionnelle
L'équipe de l'Université de Tsinghua, menée par la professeure Fang Lu, a complètement repensé le problème avec leur puce optique nommée Yuheng (ou Rafael).
Plutôt que de séparer physiquement la lumière entrante, cette puce laisse passer l'intégralité du flux lumineux. L'information est ensuite encodée grâce à un motif unique généré à l'intérieur du composant.
Cette approche repose sur l'exploitation de minuscules motifs d'interférences aléatoires, combinés à un cristal de niobate de lithium qui dévie la lumière sous l'effet d'une tension électrique. Des algorithmes informatiques avancés décodent ensuite le signal lumineux collecté pour reconstituer instantanément et intégralement le spectre des couleurs.
Le résultat est saisissant : la puce conserve 73 % de la lumière transmise et peut opérer à 88 images par seconde, sans sacrifier ni la vitesse ni la luminosité pour atteindre une résolution extrême.
Une efficacité d'observation démultipliée
Les performances annoncées par l'équipe dans la revue Nature sont vertigineuses. La puce Yuheng est capable de capturer le spectre complet de 5 600 à 10 000 étoiles en une seule seconde, avec une résolution dite "sub-ångström", distinguant des couleurs séparées par moins d'un dixième de nanomètre.
Le gain en matière d'efficacité d'observation est astronomique, de l'ordre de 100 à 10 000 fois supérieur à celui des spectromètres de classe mondiale actuels.
Pour mettre ce chiffre en perspective, une tâche aussi colossale que cartographier la Voie lactée et ses centaines de milliards d'étoiles, qui prendrait des millénaires avec les technologies conventionnelles, pourrait être achevée en moins d'une décennie.
Grâce à sa taille miniature, la puce peut être facilement intégrée sur des satellites pour réaliser une cartographie du spectre cosmique avec une précision sans précédent.
Du laboratoire au plus grand télescope du monde ?
Les applications potentielles de la puce Yuheng dépassent largement le seul cadre de l'astronomie. Dans le domaine médical, une telle puce pourrait permettre des analyses de tissus non invasives pour un diagnostic précoce.
Montée sur des drones, elle servirait à surveiller la qualité des sols ou à détecter des polluants avec une finesse inégalée. Les voitures autonomes pourraient quant à elles mieux distinguer les revêtements routiers, les panneaux et les obstacles, même dans des conditions d'éclairage difficiles.
Credit : Instituto de Astrofisica de Canarias
Bien que la technologie n'en soit qu'à ses débuts, l'équipe de recherche travaille déjà à améliorer sa stabilité et son intégration. La prochaine étape cruciale est déjà planifiée : tester un modèle d'ingénierie de la puce sur le Gran Telescopio Canarias (Grand Télescope des Iles Canaries), en Espagne.
Avec son miroir de 10,4 mètres, il s'agit du plus grand télescope optique à ouverture unique au monde, une plateforme idéale pour pousser Yuheng dans ses derniers retranchements et explorer les galaxies, la matière noire et les trous noirs comme jamais auparavant.
