Hologramme

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Deux photographies d'un même hologramme prises de points de vue différents

L'hologramme est le produit de l'holographie. Il s'agit historiquement d'un procédé de photographie en relief. Aujourd'hui, un hologramme représente une image en trois dimensions apparaissant comme « suspendue en l'air ». Le mot hologramme provient du grec « holos » (« en entier ») et « graphein » (« écrire »).

Par abus de langage, on nomme « hologrammes » les dispositifs apposés sur des cartes bancaires, billets, passeports, boîtes de logiciels et autres objets dont on veut améliorer la non-reproductibilité. Leurs caractéristiques sont difficiles à reproduire par des faussaires[1]. Ils ne contiennent pas d'information 3D. Le relief apparent s'inverse quand le dispositif est retourné de 180° (la tête en bas), et disparait pour une rotation de 90°.

Un hologramme multicolore et stable a été réalisé en novembre 2011 au Japon par une équipe dirigée par Satoshi Kawata, en lumière blanche ordinaire, en utilisant des « plasmons » (excitations électroniques se propageant en surface d’un film métallique)[2], sur la base turn up de principes découvert à la fin des années 1990[3].

Historique[modifier | modifier le code]

Plaque commémorative, Optical Metrology Institute - Première exhibition d'hologrammes en 1984 à Viana do Castelo (Portugal)

Hologramme photographique[modifier | modifier le code]

Contrairement à la photographie traditionnelle, qui ne contient qu'une information bidimensionnelle, un hologramme contient beaucoup d'informations tridimensionnelles. Il résulte en une image d'interférence entre les ondes issues de l'objet photographié et d'une partie du même faisceau laser utilisée pour éclairer l'objet. Les détails dans l'hologramme sont très petits (inférieurs au micromètre). Sa réalisation demande :

  • des pellicules spéciales avec un grain très fin ;
  • une disposition mécanique qui supprime ou compense des vibrations à des amplitudes inférieures au micron ;
  • une source de lumière avec une distance de cohérence de l'ordre de grandeur de la distance entre l'objet photographié et la plaque sensible.

L'information de la totalité de la scène est distribuée sur toute la surface de l'hologramme. Un petit morceau d'un hologramme permet de reconstituer toute l'image. Mais la définition (netteté) de l'image sera plus faible et les angles sous lesquels on peut observer la scène seront plus restreints. Si l'on tourne l'hologramme, l'image pivote avec lui, mais conserve sa profondeur.

L'hologramme est enregistré avec une lumière monochromatique, ponctuelle et cohérente : le laser.

Il existe deux sortes d'hologrammes :

  1. Les hologrammes à réflexion, qui s'éclairent à la lumière « ordinaire », comme celle produite par une lampe, si elle est bien orientée vers l'hologramme. Ce sont les plus courants ;
  2. Les hologrammes à transmission, qui demandent pour être vus l'utilisation d'une lumière identique à celle qui a servi à les enregistrer : un laser.

Principe[modifier | modifier le code]

Si on prend un petit caillou et qu'on le jette dans l'eau, il va produire une série d'ondes. Maintenant si on prend 2 cailloux et qu'on les jette dans l'eau en même temps, leur ondes vont interférer.

C'est le même principe avec l'hologramme. On prend une plaque photographique spéciale et on prend un faisceau laser scindé (avec des miroirs semi-réfléchissants) en deux faisceaux cohérents. On en envoie un directement sur la plaque et l'autre sur l'objet à holographier où il est réfléchi sur la plaque. Les interférences entre les deux faisceaux vont imprimer une image 3D sur la plaque. Pour restituer l'image, il faut envoyer un faisceau laser sous la plaque. Contrairement à une photographie où seule l'intensité est enregistrée sur la plaque, l'hologramme contient également une notion de distance (phase de l'onde) qui résulte de l'interférence avec le second faisceau.

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Pour comprendre le principe de fonctionnement nous allons décrire l'enregistrement d'un hologramme mince d'une scène qui ne comporte qu'un seul point réfléchissant la lumière. Cette description est seulement schématique et ne respecte pas les échelles entre les objets et les longueurs d'onde. Elle ne sert qu'à comprendre le principe.

Enregistrement d'un hologramme[modifier | modifier le code]

Enregistrement de l'hologramme.

Dans la figure de droite on éclaire la scène avec des ondes planes venant de gauche. Une partie de cette lumière est réfléchie par le point représenté par un rond blanc. Seules les ondes réfléchies vers la droite ont été dessinées. Ces ondes sphériques s'éloignent du point et s'additionnent avec les ondes planes qui illuminent la scène. Là où les sommets coïncident avec des sommets et les creux avec des creux, il y aura un maximum d'amplitude. Symétriquement, quand des sommets coïncident avec des creux, l'amplitude sera moindre. Il faut remarquer qu'il y a des points de l'espace qui correspondent toujours à un maximum d'amplitude et d'autres qui correspondent toujours à un minimum d'amplitude.

On place une surface photosensible à l'endroit indiqué par des pointillés. La surface sensible subira un maximum d'exposition là où l'amplitude est maximale et moins là où l'amplitude est minimale. Après traitement adéquat de la plaque, les zones très exposées deviendront plus transparentes que les zones moins exposées. Dans la figure nous avons entouré de pointillés les zones qui deviendront plus opaques.

Il est intéressant de remarquer que si, pendant l'exposition, la plaque se déplace d'une demi longueur d'onde, une bonne partie des zones aura changé de peu exposé à plus exposé et réciproquement. Dans ce cas l'enregistrement échouera.

Lecture de l'hologramme[modifier | modifier le code]

Lecture de l'hologramme.

On éclaire l'hologramme avec des ondes planes venant de gauche. La lumière passe par les « trous » non opaques de l'hologramme, et chaque « trou » donne naissance à des ondes demi-sphériques qui se propagent à droite de la plaque. Dans la figure de droite nous avons dessiné uniquement le sommet de la partie plus intéressante de ces ondes. On constate que les ondes qui sortent des trous de la plaque s'additionnent pour donner des fronts d'onde sphériques similaires à ceux produits par la lumière diffusée par le point lumineux. Un observateur placé à droite de l'hologramme voit de la lumière qui semble sortir d'un point placé là où se trouvait le point réfléchissant. Ceci est dû au fait que l'hologramme ne laisse passer – ou favorise – que la lumière qui a la « bonne » phase au « bon endroit ».

Un objet à la place d'un seul point[modifier | modifier le code]

Dans la réalité, la lumière réfléchie par une petite partie d'un objet (le point de l'exemple précédent) est faible et ne peut que rendre des zones de l'hologramme un tout petit peu plus opaques ou transparentes. Ceci n'empêche pas la création des fronts d'onde demi-sphériques lors de la lecture de l'hologramme. Seulement l'observateur trouvera que le point n'est pas très brillant.

Un deuxième point réfléchissant ajoutera, lors de l'enregistrement, ses propres zones un peu plus claires ou sombres. À la lecture, le deuxième jeu de zones claires et sombres créera un autre ensemble de fronts d'onde demi-sphériques qui sembleront sortir de la position où se trouvait le deuxième point. Si le point se trouvait plus loin de la plaque, on le « verrait » plus loin et réciproquement. L'hologramme a enregistré l'information tridimensionnelle de la position des points. Un objet étendu n'est autre chose qu'un ensemble de points. Chaque zone ponctuelle de l'objet crée des zones plus ou moins grises qui s'ajoutent sur la plaque. Chaque ensemble de zones grises crée, à la lecture, des ondes demi-sphériques qui semblent sortir du « bon » endroit de l'espace : nous revoyons l'image (virtuelle) de l'objet.

Dans la pratique ce type d'hologramme – mince et avec éclairage perpendiculaire – est très peu utilisé car les émulsions sensibles sont plus épaisses que la longueur d'onde. De plus les hologrammes droits donnent aussi des images réelles (dans le sens optique du terme) gênantes à la lecture.

Applications[modifier | modifier le code]

Les hologrammes peuvent être utilisés pour stocker de l'information, on parle alors de mémoire holographique[4].

Techniques souvent confondues avec des hologrammes[modifier | modifier le code]

Certains effets produits par des techniques comme l'imagerie lenticulaire, l'illusion du Fantôme de Pepper (procédé de théâtre optique) et les appareils d'affichage volumétrique, sont souvent confondus avec des hologrammes. La technique du fantôme de Pepper, étant la plus simple à réaliser, est souvent utilisée par les affichages 3D qui prétendent être holographiques. Bien que l'illusion originale, fonctionnant avec des miroirs, ait été conçue pour le théâtre et nécessite des personnes et objets physiques réels situés derrière la scène, des variantes modernes remplacent l'objet source par un écran numérique, qui affiche des images filmées ou générées par ordinateur. La réflexion, qui semble flotter dans l'air, est cependant plate, donc moins réaliste que si l'objet réfléchi était vraiment en trois dimensions.

En 2006, lors de la présentation de la collection automne-hiver du couturier Alexander McQueen, un hologramme animé du modèle Kate Moss réalisé par l'artiste canadien Chris Levine est projeté au milieu du public (visible à 360°)[5].

À l'occasion de l'élection présidentielle américaine de 2008, la chaîne américaine CNN prétend utiliser pour la première fois un hologramme à la télévision. Sur le plateau, le présentateur parle avec l'« hologramme » d'une journaliste, présente à 1 250 km de là, puis avec celui de plusieurs invités dont l'artiste Will.i.am. En réalité, il ne s'agit pas de véritables hologrammes, le présentateur ne pouvait pas les voir et parlait donc dans le vide avec un simple retour écran ; l'image reconstituée étant intégrée à la vidéo diffusée en temps quasi-réel[6]. Il s'agit là d'une simulation d'hologramme, la technique étant celle d'une incrustation vidéo 3D qui ne donne qu'à l'image TV l'impression holographique (le présentateur, lui, n'est en face de rien, même pas une image). La technique utilisée est la tomographie, notamment utilisée en imagerie médicale.

D'autres applications ont été faussement imputées à l'holographie, par exemple les prestations de Gorillaz et de Madonna aux Emmy Awards, qui représentent une simple projection animée sur un écran, jouant sur le principe d'une illusion d'optique.

Au Japon, un concert a été donné par une chanteuse « hologramme » (le terme étant usé abusivement puisqu'il s'agit en réalité d'une image projetée sur un fond en verre). Le personnage Hatsune Miku du logiciel Vocaloid était représenté en 3D sur scène accompagnée de vrais musiciens devant des centaines de spectateurs lors du concert Miku 39s Giving Day.

En 2011, le DJ Eric Prydz lance une série de concerts EPIC dans laquelle il utilise des hologrammes.

En 2011 à Pékin, la compagnie Burberry à produit un défilé incluant des mannequins 2D projetés en taille réelle. En 2012 en France, des procédés similaires ont permis de faire défiler des mannequins virtuels à l'exposition Lingerie française à Paris[7].

Le 15 avril 2012, à l'occasion du festival Coachella, a eu lieu le premier duo entre l'artiste hip-hop Snoop Dogg et une reproduction holographique (calculée en 3D mais toujours affichée en 2D) du rappeur mythique Tupac Shakur. Celle-ci fut créée par le studio AV Concepts d'après une idée originale de Dr Dre et grâce à l'approbation d'Afeni Shakur (la mère de l'artiste défunt en 1996). La création de l'hologramme, qui dura plus de quatre mois et qui coûta quelques centaines de milliers de dollars, ne fût pas de tout repos selon les dires de Nick Smith, président de la firme chargée de la production... Car la difficulté de l'ouvrage reposait sur la synchronisation en temps réel, entre Snoop et l'hologramme de Pac. Néanmoins, cet événement fut une réussite qui provoqua un engouement énorme de la part de ses fans à travers le monde et qui, d'emblée après l'avoir vu, en réclamèrent davantage, notamment sur des sites internet tels que : YouTube, Twitter, Facebook ...etc..

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Hologram Counterfeiting: Problems and Solutions - New Light Industries, Ltd.
  2. Pour la Science Actualité, no 403, mars 2011
  3. (en) Shoji Maruo, Osamu Nakamura, et Satoshi Kawata, « Evanescent-wave holography by use of surface-plasmon resonance », Applied Optics Vol. 36, Issue 11, pp. 2343-2346 (1997) ; doi:10.1364/AO.36.002343 [présentation en ligne]
  4. (en) Yoshimasa Kawata, Hisahiko Ueki, Yoshimi Hashimoto et Satoshi Kawata, « Three-dimensional optical memory with a photorefractive crystal », Applied Optics, Vol. 34, Issue 20, pp. 4105-4110 (1995) ; doi:10.1364/AO.34.004105 [présentation en ligne]
  5. Alexander McQueen - Widows of Culloden - Kate Moss Hologram - Vimeo [vidéo]
  6. En direct de Chicago, sur CNN, un hologramme qui n'en est pas un - Arnaud Devillard, 01net.com, 6 novembre 2008
  7. Un mannequin lingerie en 3D - Le Point, 5 juillet 2012

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Nicolas A. A. Brun, Trois plaidoyers pour un art holographique, L'Harmattan, coll. L'art en bref, Paris, 2008 (ISBN 978-2-296-04023-6)