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10 découvertes 2009

Astronomie: au-delà du visible

[3] _astrophysique - Université de Montréal
Mathieu Gobeil - 26/04/2010
astrophysique - Université de MontréalElle capte comme jamais des images lointaines et précises. Mais aussi la lumière du corps humain. C’est la caméra la plus puissante du monde.

En octobre dernier, Olivier Daigle a présenté ses plus récents travaux lors d’un congrès international de détection astronomique, à Munich. Les plus grands chercheurs dans le domaine étaient là pour l’entendre, mais le jeune homme de 32 ans n’était pas très nerveux. Il venait de comparer ses images du ciel avec celles de chercheurs du monde entier. Il n’y avait pas l’ombre d’un doute: l’instrument qu’il a développé permet d’effectuer les observations astronomiques les plus précises jamais réalisées.

Ce qui rend ses clichés du cosmos aussi nets, c’est un petit outil appelé contrôleur de CCD. Le CCD (charge-coupled device), c’est l’œil photoélectrique que l’on retrouve dans les caméras numériques. Il transforme les photons, les particules de lumière, en électrons. Ceux-ci s’accumulent ensuite dans les pixels, les minuscules carrés qui forment l’image numérique. Plus il y a d’électrons, plus ces pixels apparaissent brillants sur la photo.

Les caméras astronomiques sont munies de CCD beaucoup plus efficaces que ceux qui équipent nos appareils photo. Ces yeux électroniques multiplient les électrons des milliers de fois, donnant du même coup des images d’une précision extraordinaire. Mais cette précision s’accompagne d’un détestable «bruit de fond», un brouillard omniprésent qui empêche de bien distinguer les étoiles et les galaxies peu lumineuses. C’est comme si l’on augmentait le volume d’une radio pour mieux entendre quand la réception devient mauvaise. En amplifiant le signal, on amplifie aussi le bruit des interférences! Avec son contrôleur, l’équipe du département de physique de l’Université de Montréal (UdeM) a réussi à le rendre 10 fois moindre.

«C’est un coup de chance. En développant une architecture informatique permettant d’augmenter la capacité du contrôleur à générer de l’information, nous savions que la sensibilité des caméras serait améliorée. Mais une amélioration d’un facteur de 10 dépassait nos espérances», souligne le chercheur.

La NASA, impressionnée par ces résultats, a été la première à se procurer une caméra dotée d’un tel contrôleur. Deux commandes pour équiper des télescopes au Chili se sont par la suite ajoutées. Le prototype est quant à lui installé à l’observatoire du mont Mégantic.

Claude Carignan, qui a dirigé la thèse de doctorat d’Olivier Daigle, n’est pas peu fier de son étudiant. «Nous pourrons ainsi détecter beaucoup plus de galaxies, et explorer davantage la matière sombre qui représente 25% à 30% de l’Univers.»
Le petit bijou conçu à l’UdeM annonce aussi un autre prodige: cet œil hypersensible permettra de capter la lumière du corps humain.

Lorsqu’on éclaire in vivo le corps à une certaine longueur d’onde, la quantité de photons absorbés et réfléchis dépend du type de tissu. Par exemple, le spectre lumineux d’une tumeur, qui présente un taux d’oxygène plus élevé que la normale, est différent de celui d’un tissu sain. Et si on introduit des substances fluorescentes qui vont se loger dans les tissus cancéreux, ceux-ci apparaissent plus «brillants» que les autres à la caméra. Mais pour percevoir ces différences minimes, il faut un instrument réglé au photon près.

«Avec une caméra munie du contrôleur, plus besoin de recourir aux isotopes radioactifs qui sont très utilisés à l’heure actuelle en imagerie pour la détection du cancer. C’est beaucoup moins dangereux pour les patients», souligne Sébastien Blais-Ouellette, président de Photon etc.

Cette entreprise montréalaise, qui soutient le projet d’Olivier Daigle depuis ses débuts, a développé la version commerciale du contrôleur et l’a intégrée dans des caméras complètes, dont celle qui a été vendue à la NASA.

Nos yeux aussi pourront bénéficier de cette invention. «La caméra offre un énorme avantage dans la détection précoce de la dégénérescence maculaire, une maladie de la rétine, poursuit M. Blais-Ouellette. On ne peut éclairer intensément la rétine qui est située au fond de l’œil. En plus, les yeux bougent constamment. Pour obtenir une bonne image, il faut une caméra à la fois très sensible et rapide. Nous sommes maintenant bien équipés.»

Les 10 découvertes de l'année 2009