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Le capteur CCD du télescope Subaru, installé sur le sommet du Mauna Kea, à Hawaï. © Robert W. O'Connell
Que serait aujourd'hui notre vie sans les bouleversements apportés par InternetInternet ? Où en seraient les découvertes et les images extraordinaires fournies par HubbleHubble sans l'imagerie numériquenumérique ? Tous ces progrès reposent sur les travaux de Charles Kuen Kao, Willard Sterling Boyle et George Elwood Smith.
En effet, une part non négligeable des informations transitant dans la toile mondiale circule grâce à des fibres optiquesfibres optiques. Or, c'est Charles Kuen Kao qui comprit, à la fin des années 1960, tout le potentiel des fibres optiques. Surtout, il démontra que le seul obstacle à surmonter pour transférer des informations sous forme d'impulsions lumineuses dans des fibres en verre de manière efficace, c'est-à-dire sans pertes importantes sur de longues distances, était l'obtention d'un matériau particulièrement pur.
Alors qu'à son époque quelques dizaines de mètres tout au plus suffisaient pour atténuer considérablement le signal lumineux, il montra que des distances de cent kilomètres pouvaient être atteintes sans problèmes. L'article qu'il publia en 1965, et surtout la démonstration expérimentale qu'il effectua à l'aide d'un laser en 1966 avec son collègue George A. Hockham de la compagnie britannique Standard Telephones and Cables (STC), stimulèrent les recherches. En 1970, trois autres chercheurs produisirent la première fibre optique utilisable pour les communications longues distances. Insensible aux perturbations électromagnétiques des oragesorages, contrairement aux câbles en cuivre, la première fibre était aussi capable de transporter 65.000 fois plus d'informations. La silicesilice presque pure battait ainsi le cuivre. Une vidéo montre comment les fibres sont aujourd'hui réalisées.
Charles Kuen Kao. Crédit : The Chinese University of Hong Kong-CUHK
De nos jours, la technologie lancée par les réflexions et l’intuition de Charles Kuen Kao est en train d’envahir le domaine des télécommunications, notamment à cause de la demande croissante en haut débitdébit pour Internet. La médecine l'utilise aussi en endoscopieendoscopie ou pour des opérations de chirurgiechirurgie à l'aide d'un faisceau laser.
Agé de près 75 ans (il est né le 4 novembre 1933 à Shangai), Charles Kuen Kao est d'origine chinoise mais de nationalité britannique. Il réside à Hong Kong et ce n'est ni plus ni moins que la moitié du prix Nobel de physique 2009 qui vient de lui être attribuée.
La moitié du Nobel pour les capteurs CCD
Les autres maîtres de la lumière récompensés par l'académie de Stockholm sont Willard Sterling Boyle et George Elwood Smith. Le premier est un physicienphysicien canadien né en 1924 et le second un physicien américain né en 1930. Ils se partagent tous les deux le reste du prix Nobel de physique 2009 pour la réalisation des premiers capteurscapteurs CCDCCD qui sont aujourd'hui omniprésents en photographiephotographie numérique. En 1969, ils travaillaient ensemble dans les mythiques laboratoires Bell, déjà à l'origine d'un prix Nobel de physique avec l'invention du transistor. C'est là que les deux hommes concrétisèrent les idées à l'origine de nos caméras vidéo et de nos appareils photos modernes.
George E.Smith Crédit : National Inventors Hall of Fame
Les capteurs CCD pour Charge-Coupled Device en anglais, ce qui peut se traduire par dispositif à transfert de charge, utilisent l'effet photoélectriquephotoélectrique théorisé la première fois par Albert EinsteinEinstein à l'aide de la théorie des quanta. Un photonphoton, un grain de lumière, est susceptible de faire apparaître une charge électrique dans un dispositif à semi-conducteursemi-conducteur convenablement conçu. Un capteur CCD ainsi fabriqué comporte un ensemble de lignes et de colonnes dont les cases stockent un nombre d'électronsélectrons proportionnel au nombre de photons reçus. Chaque case se comportant comme le pixelpixel d'une image, il devient alors possible de convertir un signal lumineux en un signal électrique pour produire des images, par exemple en astronomie comme expliqué sur ce site de l'observatoire de Paris.
Willard Sterling Boyle. Crédit : science.ca
Les capteurs CCD de Boyle et Smith nous accompagnent souvent lorsque nous faisons des photos avec nos appareils numériques mais c'est surtout en astrophysiqueastrophysique où les résultats ont été les plus spectaculaires. Les fameuses images de Hubble obtenues avec la Wide Field and Planetary Camera (WFPC) et surtout la Wide Field Camera (WFC) font usage des CCD. De fait, dès 1974, la Nasa avait lancé un programme pour étudier les applications possibles des travaux de Boyle et Smith en 1969.
Si l'on se souvient que l'esprit du prix Nobel est que cette récompense soit décernée chaque année à des personnes « ayant apporté le plus grand bénéfice à l'humanité », alors certainement aussi bien Charles Kuen Kao que Willard Sterling Boyle et George Elwood Smith le méritent.
