La différence entre les infrarouges et la lumière " classique " est leur longueur d’onde. Celle de la lumière visible est de l’ordre de la centaine de nanomètres, alors que les infrarouges se trouvent dans une gamme de longueurs d’ondes plus grande, qui va du micromètre (infrarouge proche) au millimètre (infrarouge lointain). Ces longueurs d’ondes plus grandes que la lumière visible ont des répercussions sur les capteurs. En effet, les pixels d’un appareil ne peuvent, physiquement, être plus petits que la longueur d’onde des rayonnements à détecter.
Cela signifie que les pixels des images infrarouges sont plus gros, et que les images IR sont fondamentalement moins résolues que celles produites par des capteurs optiques dans le domaine visible.
Une innovation pour contrer l’auto-illumination
Outre ce problème de résolution, les capteurs infrarouges souffrent du problème bien connu d’auto-illumination. En effet, tout corps chaud (par chaud, on entend " qui n’est pas au zéro absolu ") émet de la lumière (pensez à une barre de fer chaude dont la couleur va passer du rouge au jaune puis au blanc-bleu intense lorsque sa température augmente).
A température ambiante, tous les corps émettent… des infrarouges, justement. C’est très utile pour repérer la chaleur d’un corps humain sur un champ de bataille ou évaluer les fuites thermiques d’une maison, mais cela signifie aussi que le capteur infrarouge lui-même (et tout l’équipement entourant le capteur) émet aussi des infrarouges qui, si l’on n’y fait pas attention, peuvent saturer le capteur et le rendre inopérant.
Pour résoudre ce problème, il est possible de refroidir le capteur, afin qu’il n’émette presque plus de rayonnement et qu’il ne puisse détecter que les infrarouges provenant de l’extérieur. Malheureusement, ce refroidissement se fait au prix de matériel supplémentaire qui a longtemps gêné la miniaturisation de ce type de dispositif.
Des technologies au service du progrès
De nouvelles technologies permettent aujourd’hui de faire de l’imagerie infrarouge avec une résolution de plus en plus grande, grâce à de nouveaux types de pixels à bas bruit de type microbolomètres, et permettent même une utilisation sans refroidissement grâce à une chaîne de traitement électronique en sortie du capteur permettant de nettoyer le signal et d’augmenter sensiblement le rapport signal/bruit.
Mais outre le capteur lui-même, il y a un besoin de plus en plus important de pièces optiques (lentilles, prismes etc…) qui fonctionnent elles aussi dans l’infrarouge. Ces pièces infrarouges sont faites avec des matériaux très spécifiques tels que des semi-conducteurs ou des chalcogénures, et sont précisément conçues pour laisser passer deux bandes de longueurs d’ondes spécifiques : celles comprises entre 3 et 5 microns (utilisées pour mesurer et contrôler à distance le température de corps chauds, dans l’industrie par exemple), et celles comprises entre 8 et 12 microns (utilisées pour les systèmes de vision infrarouge pour les corps humains ou la mesure de déperdition d’énergie des bâtiments). Ces deux bandes sont deux gammes de longueur d’ondes qui ne sont pas, ou peu, absorbées par l’atmosphère terrestre et que l’on peut donc facilement utiliser.
La largeur assez importante de ces bandes infrarouges nécessite des procédés de fabrications précis et complexes qu’HEF développe maintenant depuis des années au travers de sa division HEF PHOTONICS, principalement sur son site de Lannion en France. Les traitements anti-reflets des pièces optiques des équipements infrarouges sont plus délicats qu’en lumière classique. Ils sont réalisés en alternant plus de couches et des couches plus épaisses.
Ce savoir-faire optique permet à notre groupe de proposer des traitements à façon de surfaces de pièces optiques infrarouges pour tous types de dispositifs, des capteurs thermiques et des caméras infrarouges développés aussi bien pour le domaine civil (examens thermiques, isolation, surveillance de feux de forêt), qu’industriel (automobile, bâtiment, échauffement d’armoires électriques…), militaire (lunettes de vision nocturne) ou scientifique (examens biologiques).
Des traitements de surface performants
Les traitements de surface des pièces optiques des systèmes infrarouges que propose le groupe HEF sont très exigeants. Ils doivent à la fois permettre une grande transparence sur toute la largeur de la bande spectrale choisie, mais également protéger mécaniquement la surfaces des pièces optiques.
" Tous ces traitements sont réalisés par évaporation sous vide avec assistance ionique. Ils sont adaptés pour tout type de surface (plane, concave, convexe) pour un diamètre allant de 1 à 500 mm. Nous mettons également en commun nos compétences en optique avec des traitements " hard coating " de type carbone (un des traitements phare du groupe pour la partie tribologique) qui a été adapté pour durcir et protéger les surfaces externes des pièces optiques infrarouges au contact de l’environnement extérieur (pluie, vent, sable, humidité..). "
Damien Deubel, Directeur KERDRY (filiale HEF PHOTONICS)
