Des cameras capables de filmer à la vitesse de la lumière

L’Alsace insolite, l’émission 100% insolite, produite par France 3 Grand-Est et animée par Eric Vial est venue poser ses valises au sein de notre laboratoire. Sortie le 16 novembre, le reportage est accessible sur la page de l'emission ICI.

Pourquoi ? Pour mettre en lumière les caméras ultrarapides issues de plus de 30 ans de recherche d’excellence en Alsace.

La première Optopic est le fruit du travail dirigé par Wilfried Uhring au sein de l’équipe Électronique, microélectronique et modélisation pour les systèmes multidomaines (EM3) du laboratoire ICube.

Photographie de la camera Optopic -  © Wilfried Uhring

Cette caméra ultrarapide à obturation ultrarapide est capable d’observer la vitesse de la lumière et d’analyser des phénomènes invisibles à l’œil humain.
Elle permet de capter jusqu’à 100 milliards d’images par seconde soit près de 10 millions de fois plus rapide que les caméras d’imagerie optique conventionnelle.

Wilfried Uhring, professeur en électronique à l’université de Strasbourg, explique dans le reportage que la conception de cette caméra repose sur un tube intensificateur d’image, s’inspirant directement des technologies militaires de vision nocturne.
« Pour schématiser, le dispositif permet de transformer des photons captés en électrons, puis de convertir à nouveau le signal électrique, en appliquant au passage un gain très puissant ». en appliquant une impulsion électrique rapide dans le tube, on peut le transformer en appareil photographique à obturation ultrarapide.

Une caméra traditionnelle capture une série de photos fixes qui, en se succédant, donnent l’impression de mouvement. Cette caméra prend l’équivalent de 100 milliards d’images par seconde. Elle peut filmer le déplacement de la lumière grâce à des ralentis extrêmes : en effet, entre deux images espacées de 10 picosecondes (10

« On est tellement rapide qu’on est capable de voir la lumière se déplacer à 300 000 km par seconde. Dans l’univers, rien ne se déplace plus vite que ça. Et pourtant, on va pouvoir le voir grâce à cette caméra » explique le chercheur, également directeur du pôle de la région Grand Est du Groupement d’Intérêt Public pour la Coordination Nationale de la Formation en Microélectronique et en nanotechnologies (MIGREST GIP-CNFM).

Au niveau des applications, des expérimentations ont été effectuées dans le domaine des matériaux, la biologie avec l’imagerie dite FLIM, ou encore de la détection de la lumière parasite dans les optiques spatiales.
Cet appareil pourrait également transformer le domaine de l'imagerie médical en analysant le déplacement de la lumière à l'intérieur de tissus biologiques, les médecins seraient en mesure de localiser plus précisément des tumeurs. Ils pourraient observer l'activité cérébrale d'un patient en temps réel ou en cours d'opération.

La surprise est totale lorsque le chercheur annonce qu’il possède une autre caméra qui peut aller encore "mille fois plus vite que 25 milliards d’images par seconde". Avec cette caméra dite « à balayage de fente », il est possible de voir "des phénomènes picosecondesques contrairement à l’autre caméra où l’on pouvait observer des phénomènes nanosecondesques". La nanoseconde correspond à un milliardième de seconde (10^–9 seconde). La picoseconde correspond à un millième de milliardième de seconde, soit 0,000.000.000.001 seconde. En clair, c'est comme si cette caméra était capable d'envoyer, en une seconde et en simultanée, 2 millions de vidéos HD ou une pile de données composée de 2 milliards de feuilles A4 d'une hauteur de 200 km de haut.

 
 Eric Vial (à droite) et Wilfried Uhring devant la plus puissante des cameras ultrarapides de l'équipe EM3 © Vincent Courtonne

Les expériences que l’on peut mener avec cette caméra sont plutôt des expériences fondamentales en physique comme par exemple, l’expérience dite de la gomme quantique retardée qui montrent que le temps n’a pas réellement de signification. Le futur et le passé, tout ça se mélange dans le monde quantique.

Ces caméras basées sur une technologie de tube à vide fonctionnent très bien, mais reste très couteuses avec des prix bien supérieurs à 100k€. Les recherches en cours cherchent donc à la rendre plus abordable/accessibles tout en ajoutant de nouvelles fonctionnalités.

En effet, une autre camera ultrarapide S3C-1 ancrée sur la technologie CMOS est issue des travaux de la même équipe EM3 du laboratoire. En 2020, une licence exclusive est signée entre la Satt Conectus et la société allemande Optronis s’appuyant sur cette technologie de précision, unique au monde. En découle, une mise sur le marché à destination de la recherche et de l’industrie. Elle permet de solutionner les contraintes des caméras actuelles, notamment en détonique avec la fonction unique de déclenchement à posteriori. Également plus compacte, légère, robuste elle offre une résolution temporelle proche de la nanoseconde.

 Camera S3C-1

Nous remercions Monsieur Eric Vial et son équipe pour avoir révélé nos technologies et leurs applications dans leurs réseaux.

• Lien vers la vidéo du reportage - version longue
• Lien vers la vidéo du reportage - version courte
• Lien vers l'article de France 3 Grand Est - émission Alsace Insolite du 16 novembre 2025