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L'avenir sous un nouvel éclairage


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L'avenir sous un nouvel éclairage

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Depuis le Soleil, la Lune et le feu, jusqu’aux conducteurs ultra-modernes, l’histoire humaine est étroitement liée à la lumière. Les derniers progrès scientifiques et techniques ont rendu nos vies plus agréables et plus sûres.

L'éclat éternel de la lumière des LEDs

La lumière du jour nous apporte du bien-être et de la sécurité. Où que l’on soit, nous avons besoin de voir le ciel, c’est dans notre nature. Les pièces sans ouverture nous rendent mal à l’aise. Mais il n’y a pas de fenêtres dans cette unité de radiochirurgie de Milan. Et dehors, il pleut. Ce que vous voyez ici, c’est une illusion d’optique incroyablement réaliste. Regardez la différence dans cette pièce. “C’est un espace fermé, protégé, à cause des radiations”, explique Piero Picozzi, neurochirurgien, responsable de l’unité Gamma Knife à l’hôpital universitaire Humanitas. “Cela peut rendre les patients claustrophobes. Cette fenêtre crée une impression de lumière extrêmement réaliste – exactement comme avec une véritable fenêtre. Et vous vous sentez mieux, et plus apaisé, quand vous entrez dans la pièce”. Le système optique qui se cache derrière cette fenêtre est, pour l’instant, assez imposant et coûte le prix d’une voiture. C’est le résultat d’un projet de recherche européen. Il consomme seulement 300 watts et a déjà reçu plusieurs prix dans le domaine de l’industrie.
Comment fabrique-t-on une fenêtre virtuelle? “Ce dispositif est basé sur un projecteur LED qui présente toutes les caractéristiques du spectre de la lumière du jour, et crée un faisceau étroit avec des ombres réalistes”, développe Paolo Di Trapani, chercheur en optique à l’université Insubria, en Italie, fondateur et directeur de Coelux, également coordinateur du “projet Deeplite”: http://www.deeplite.eu/. “A l’intérieur de cet appareil, il y a tous les systèmes optiques qui permettent à celui qui observe de percevoir l’image du ciel avec le Soleil, infiniment loin. Dans notre projet, nous essayons de développer un dispositif suffisamment compact, pour qu’il puisse être installé non seulement à la maison ou dans une chambre d’hôpital, mais aussi dans un ascenseur, une cabine de bateau, un train, un avion… N’importe où”.
Les artistes savent que le Soleil crée certains effets d’optique sur les surfaces. Si on veut que la lumière semble naturelle, ces effets doivent être compris pour être reproduits. Mais comment obtenir la bonne couleur? A l’université Insubria, à Varese, le Professeur Di Trapani a réussi à recréer parfaitement le processus de l’atmosphère qui rend le ciel bleu. “L’atmosphère contient des particules d’air en mouvement, qui créent des variations dans la densité à une échelle minuscule, de l’ordre du nanomètre, qui correspond à un millionnième de millimètre”, explique le chercheur. “Nous reconstruisons ces variations en utilisant des nanoparticules, une dispersion de sphères minuscules hautement concentrée, avec un indice de réfraction légèrement plus élevé que celui de l’eau”.
La partie bleue du spectre se diffuse, et rend l’eau bleue, comme le ciel. Les rayons jaunes et rouges passent à travers. C’est pourquoi on voit les rayons solaires de couleur jaune lorsqu’ils traversent l’atmosphère. Le même principe fonctionne avec une fenêtre artificielle, avec les nanoparticules fixées dans du plastique transparent, et non pas dans l’eau. “Notre technologie n’est pas une lumière artificielle, c’est une fenêtre”, poursuit-il. “Une fenêtre qui recrée l’espace infini auquel l’Homme s’est habitué depuis des centaines de milliers d’années”. Les inventeurs voient cela comme une nouvelle philosophie pour éclairer les intérieurs. Contrairement aux lampes qui créent des faisceaux lumineux et nous rappelent que l’on est cernés par l’obscurité, ces fenêtres créent un monde ensoleillé, un monde que l’on peut éteindre avec un interrupteur.

L'électronique flexible, un lendemain radieux

Les LED inorganiques présentent de nombreux avantages, le principal étant leur luminosité et leur efficacité. Mais les diodes émettant de la lumière naturelle, les diodes organiques, possèdent des qualités uniques qui ouvrent des perspectives complètement inédites. A Eindhoven, des designers industriels rencontrent des chercheurs en sciences des matériaux. Ils échangent des idées sur la façon d’utiliser les composants électroniques, y compris des diodes organiques, pour de nouveaux produits. “Vous pouvez vraiment avoir deux approches différentes”, affirme Erik Tempelman, professeur associé en conception technique à l’université technologique de Delft, et coordinateur du projet Light Touch Matters. “Les scientifiques ont tendance à travailler de manière ascendante, de la physique, la mécanique vers la fonction. Les designers, eux, partent de l’extérieur, du sens de l’objet pour l’utilisateur, des raisons pour lesquelles on voudrait l’utiliser”.
La pédiatrie est l’un des domaines dans lesquels l‘électronique flexible et intelligente peut s’avérer particulièrement utile. Les lumières de cette nappe peuvent interagir avec les assiettes et les plats, pour rendre “magiques” les repas à l’hôpital. “On a demandé aux médecins quel était le principal problème pour un enfant, pour récupérer quand ils sont hospitalisés”, indique Hanne-Louise Johannesen, designer chez Diffus Design. “On est allés dans les unités de cancérologie, par exemple, et l’une des principales difficultés rencontrées était le manque d’appétit, et il est fondamental de manger pour récupérer. Donc l’idée était de travailler sur ces situations, et d’apporter un peu de magie à tout cela”. “C’est la technique traditionnelle de la broderie comme on la connaît depuis des millénaires qui est appliquée ici, dans le but de transporter le courant d’un point à un autre”, ajoute Michel Guglielmi, Diffus Design.
Voici un autre exemple : un bracelet-jouet qui semble prendre vie quand on le touche, ou quand on s’en occupe. Un moyen attractif de distraire les enfants pendant des actes médicaux désagréables. “La lumière est la première chose qu’un enfant peut voir, quelque chose qui interagit quand il joue avec”, lance László Herczeg, designer chez Fuelfor. “Donc on le touche, on le sent s’animer, et on voit les lumières s’allumer. La lumière a beaucoup d’influence, c’est très facile à comprendre”. Les adultes pourront apprécier un prototype de gant qui aide les patients à rééduquer une main endommagée : des lumières flexibles les assistent au cours de l’exercice. “Une grosse lumière indique si le mouvement a été fait correctement ou non, et celles au niveau des doigts s’allument quand ils se plient”, affirme Dario Presti, ingénoeur électronique chez Grado Zero Espace. Contrairement aux LEDs qui créent de petits points lumineux; les diodes organiques éclairent les surfaces. Le problème, aujourd’hui, c’est que les grandes diodes sont difficiles à fabriquer, dans des évaporateurs sous vides, et qu’elles restent très chères. Mais ces chercheurs européens développent une nouvelle technologie pour imprimer des LEDs organiques en rouleaux, pour rendre ces sources lumineuses aussi grandes et aussi souples que du papier peint. “C’est vraiment très souple”, estime Pim Groen, chercheur en sciences du matériau à l’université technologique de Delft. “Au cours des prochaines années, on se penchera dessus, donc notre idée est de pouvoir vraiment le froisser, pour faire une petite serviette, vous pouvez le rouler, le mettre dans votre poche, le dérouler et vous avez votre source lumineuse. Au lieu de le fabriquer avec un processus compliqué, on essaie de l’imprimer en quelque sorte, comme un journal”. La ligne prototype utilise de la peinture argentée pour imprimer des circuits électroniques sur du film polymère transparent. Pour accélérer le processus, l’appareil sèche la peinture grâce à une lumière puissante. “Quand ont touche ici, ça fait une tâche”, précise Robert Abbel, chercheur au Holst Centre. “Donc on utilise cette machine qui sèche l’argent grâce à une implusion lumineuse très brève, à haute température, et maintenant si je le touche, c’est sec”. Cela peut devenir la couche de base pour fabriquer des LEDs organiques de grande taille. Il faudrait plusieurs couches de différentes substances chimiques pour produire de la lumière, donc la recherche continue.

Un repas en lumière

Les nouvelles technologies dans l‘éclairage nous apportent plus de confort et créent des possibilités fantastiques pour le consommateur de demain. Mais les perspectives sont encore plus larges, même dans les champs les plus traditionnels. Par exemple pour tester la sécurité alimentaire de nos produits agricoles. Un nouvel outil nous éclaire sur cette question. En Italie, la Vénétie est une région célèbre pour ses vins et ses fromages. Cette entreprise locale fabrique de la mozzarella, et d’autres produits laitiers depuis le XIXème siècle. Ce fromage est conditionné grâce à un mélange particulier de gaz atmosphérique, qui empêche l’aliment de se détériorer. “Il y a des paramètres que nous devons respecter, et l’un d’entre eux, c’est le niveau d’oxygène qui doit être inférieur à 5 %”, lance Lorenzo Brugnera, directeur de la Latteria di Soligo. “Aujourd’hui, nous le contrôlons manuellement, en vérifiant certains sachets au laboratoire”. Jusqu‘à présent, il fallait prélèver un échantillon à l’aide d’une aiguille. La sonde donne le niveau d’oxygène, mais ensuite il fallait réemballer le produit. Y a-t-il une autre façon de faire ? Oui, et ce grâce à un prototype qui fonctionne déjà. “Le sachet arrive sur un tapis qui le conduit dans l’appareil de mesure, et passe sous un laser qui mesure le niveau d’oxygène à travers l’emballage”, décrit Paolo Tondello, ingénieur en électronique et directeur de “L pro”. “La lumière traverse le sachet, perturbe les molécules d’oxygène à l’intérieur, et c’est ce qui nous donne une indication sur le niveau d’oxygène de manière complètement non-invasive et sans contact, par un moyen optique”. Cela fonctionne avec n’importe quel contenant non métallique. Le laser de faible intensité n’endommage pas l’emballage et garde la nourriture intacte. Cela permet de contrôler tous les produits, et pas seulement un échantillon au hasard. “Pour différencier un gaz d’un autre, on l‘éclaire avec le laser à une fréquence qui n’est absorbée que par certains gaz”, explique Luca Poletto, chercheur en optique à l’institut de photonique et de nanotechnologies au CNR, coordinateur du “projet Safetypack”: http://www.safetypack-project.eu/. “En mesurant la quantité de lumière absorbée, on trouve la concentration et la pression de ce type de gaz en particulier à l’intérieur du sachet”. Les sondes laser sont actuellement testées dans deux usines agro-alimentaires. D’après les chercheurs, la majorité des fabricants du secteur ont montré leur intérêt pour ces équipements. “Je suis sûr que l’industrie va apprécier cette technologie qui permet de contrôler à 100 % les produits, et d’offrir un niveau de sécurité alimenaire bien plus élevé”, conclut Paolo Tondello. Du bien-être apporté par des rayons solaires produits par l’Homme, à l’amélioration de la santé et de la sécurité alimentaire, les brillantes idées des chercheurs européens nous offrent un aperçu de notre avenir sous un nouvel éclairage.

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