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Des pixels sensibles

De près et de loin

Le 25 mars 2010 – L'espace donne des points de vue extrêmement saisissants sur l'Univers tout entier. Le problème, c'est que les galaxies, les nébuleuses, les naines blanches et les autres objets cosmiques se trouvent à des années-lumières de la Terre et qu'il peut être difficile de les saisir en image. Olivier Daigle, étudiant au doctorat en physique à l'Université de Montréal, sous la direction du professeur Claude Carignan, a innové en renforçant les capacités de la technologie de photographie numérique pour produire l'appareil photographique le plus sensible du monde et obtenir des images plus claires de l'espace.

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Des pixels sensibles

Le capteur CCD (charge-coupled device ou dispositif à transfert de charge) est couramment utilisé dans les caméras et appareils photo numériques d'aujourd'hui. Dans un appareil photo CCD, les photons entrent en contact avec le capteur et sont alors transformés en électrons. La surface du capteur comporte une série de photosites remplis d'électrons, dont le nombre est généralement proportionnel à la quantité de lumière reçue. Mais lorsqu'on prend une image sous une faible luminosité, les photons reçus qui peuvent être convertis en électrons sont peu nombreux. Pour l'imagerie où la luminosité est très faible, il faut accroître la sensibilité du capteur.

L'innovation de M. Daigle amplifie la sensibilité des capteurs des appareils photo en la portant à un niveau sans précédent et ouvre la voie aux possibilités de l'imagerie dans des conditions de faible luminosité. Les chercheurs en bioluminescence, en médecine nucléaire et dans d'autres domaines qui exigent une acquisition d'images rapide souhaitent acquérir des appareils photo faisant appel à la technologie mise au point par M. Daigle.

« L'utilisation de la technologie est très attrayante dans de nombreux domaines de recherche, et c'est dans celui de l'imagerie médicale que nous avons bon espoir de continuer à la perfectionner, affirme M. Daigle. Avec le matériel de [notre partenaire industriel] Photon, la caméra peut ouvrir de nouveaux horizons en médecine. »

Dans un domaine comme la médecine nucléaire, le contrôleur amplifierait la perception des signaux optiques faibles émis par le corps humain. Les appareils photo sensibles aideraient à détecter plus rapidement certaines conditions particulières, et ce, avec une plus grande précision. Un diagnostic précoce permettrait peut-être de traiter une maladie avant qu'elle ne s'aggrave et de réduire ainsi le risque de décès tout en limitant les coûts liés aux procédures médicales.

Le capteur CCD à multiplication d'électrons (Electron-Multiplying CCD - EMCCD) est un appareil très sensible qui utilise des hautes tensions pour capter jusqu'à 2 000 fois plus d'électrons. Toutefois, les tensions et les fréquences élevées qui assurent l'amplification produisent un « bruit » – les pixels à gros grain attribuables à la distorsion de la luminosité – que l'on doit éliminer au moyen d'un contrôleur électronique pour obtenir une image optimale. M. Daigle a conçu un contrôleur électronique hautement précis qui est compatible avec la technologie EMCCD.

Le contrôleur CCD pour compter les photons (CCCP) mis au point par M. Daigle utilise des signaux électriques 500 fois plus précis que ceux des contrôleurs classiques pour limiter les effets secondaires de l'amplification. Il améliore aussi la distribution des électrons entre les photosites pour fournir des images plus nettes. Ce contrôleur double la sensibilité de la caméra par rapport au diamètre du miroir du télescope de n'importe quel observatoire.

« De toute évidence, cet appareil photo a des applications en astronomie, et nous tentons de convaincre le milieu de ses avantages », affirme M. Daigle.

L'entreprise québécoise Photon etc. Inc. a développé une version commerciale du contrôleur d'Olivier Daigle qu'elle a intégrée dans des caméras. La NASA a été la première à acquérir la caméra spécialisée, suivie de chercheurs de l'Université de São Paulo et d'une autre équipe qui dotera du dispositif un télescope au Chili.

Photon etc. Inc. est issue d'un incubateur d'entreprises du secteur de la technologie de l'information de l'École Polytechnique de Montréal, affiliée à l'Université de Montréal. Cette jeune entreprise de recherche et développement se spécialise dans les filtres optiques, mais ses dirigeants y ont vu une possibilité de prendre de l'expansion dans le nouveau secteur de l'imagerie. Photon etc. Inc. a appuyé, à titre de partenaire industriel, M. Daigle dans le cadre de ses travaux de doctorat pour lesquels il a reçu une bourse du Programme de bourses d'études supérieures à incidence industrielle (ESII) du CRSNG, ce qui lui a permis d'acquérir une expérience industrielle tout en faisant ses études avancées.

Qu'il s'agisse des profondeurs de l'espace ou des parois du cœur humain, l'innovation d'Olivier Daigle aidera les chercheurs à percevoir les complexités de ces régions plus clairement que jamais auparavant et à élucider leurs mystères.