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Ajuster la réflectance d'un verre tout en préservant sa qualité de transparence

Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologiesde l'Institut Fresnel2 et du Groupe PSA ont conçu un support en verre novateur capable d'afficher des images virtuelles même dans des conditions d’éclairage ambiant défavorables, tout en restant transparent. Il pourrait déboucher sur des applications de réalité augmentée, notamment dans l'automobile.

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Avec un système de vision tête haute, le conducteur d'une voiture n'a plus besoin de baisser les yeux pour consulter son tableau de bord ou son GPS : les informations s'affichent directement en avant du pare-brise, sans l'obliger à quitter la route des yeux et tout en préservant une vision claire à travers le vitrage. Pour réaliser ce type d'affichage, qui intéresse aussi l'aéronautique et d'autres applications de « réalité augmentée », il faut un support qui réfléchit l'image que l'on y projette tout en restant parfaitement transparent. Le procédé novateur mis au point par des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies1 et de l'Institut Fresnel2, en collaboration avec le Groupe PSA, a pour but d'améliorer les performances d'un support d'affichage de réalité augmentée, en augmentant sa réflectance pour une certaine longueur d'onde, sans nuire à sa transparence. De plus, il permet de voir les données affichées quel que soit l'angle d'incidence (la position de la tête de l'observateur), et s'affranchit des problèmes de diffraction ou diffusion de la lumière qui pourraient nuire à la vision en transparence.

Pour réaliser le support de réalité augmentée, les chercheurs ont développé une voie originale3 : la création de nanostructures - des nanoparticules d'argent de dimensions contrôlées - à la surface d'une plaque de verre. Ces nanoparticules créent localement un phénomène de résonance plasmonique4, responsable de l'augmentation de la réflectance du verre autour de la longueur d’onde choisie. Pour que le support reste transparent, les particules doivent être suffisamment espacées. Un réseau périodique a l'inconvénient d'engendrer de la diffraction, qui nuit à la qualité visuelle. Les chercheurs ont opté pour un agencement en « désordre corrélé », dans lequel la distance entre plus proches particules est presque constante. « L'agencement en désordre corrélé permet de s'affranchir des problèmes de diffraction sans pour autant engendrer de diffusion, elle aussi préjudiciable à la vision en transparence », indique Béatrice Dagens, directrice de recherche au Centre de nanosciences et de nanotechnologies.

Des tests ont validé ces performances sur une surface d'affichage d'environ 1 cm2 et la technologie sera prochainement validée pour de plus grandes surfaces, en particulier à l'aide de techniques de nano impression.

Le Centre de nanosciences et de nanotechnologies et le Groupe PSA ont par ailleurs décidé d'élargir leur collaboration en créant un laboratoire commun de recherche dans le domaine de l’optoélectronique et de la photonique. Plusieurs équipes du Centre de nanosciences et de nanotechnologies seront amenées à participer à cet « OpenLab », baptisé PhOVeA, pour Photonique et optoélectronique pour véhicules automobiles.

 

1 CNRS/Université Paris-Sud

2 CNRS/Aix-Marseille Université/École centrale Marseille

3 Correlated Disordered Plasmonic Nanostructures Arrays for Augmented Reality, Hervé Bertin, Yoann Brûlé, Giovanni Magno, Thomas Lopez, Philippe Gogol, Laetitia Pradere,Boris Gralak, David Barat, Guillaume Demésy, and Beatrice Dagens. ACS Photonics, Mai 2018, DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00168

4 Le phénomène de résonance plasmonique résulte de l'interaction entre une onde électromagnétique et les électrons de conduction à la surface d'un métal. Ici, c'est l'interaction entre l'onde incidente et les nanoparticules d'argent, pour une longueur d'onde précise, qui crée une oscillation couplée avec les électrons (un « plasmon »). La nanoparticule se comporte alors comme une antenne qui ré-émet de la lumière : la réflexion de la lumière incidente est accrue.

Contact :

Béatrice Dagens / Centre de nanosciences et de nanotechnologies / beatrice.dagens@c2n.upsaclay.fr