Communiqué de presse

Un laboratoire CNRS-Université Paris-Sud, en collaboration avec la société Agfa-Gevaert.N.G., réussit à décupler la sensibilité des émulsions photographiques

Paris, le 23 décembre 1999

 
Les émulsions photographiques sont constituées d’un film de gélatine dans lequel sont incorporés des cristaux de bromure d’argent qui en sont les éléments photosensibles. Les travaux d’une équipe du laboratoire de Physico-Chimie des Rayonnements (unité mixte de recherche CNRS, Université Paris-Sud – Orsay), en collaboration avec la société AGFA-Gevaert.N.G., ont permis de décupler la sensibilité des émulsions photographiques. Ces travaux viennent d’être publiés dans le numéro du 23 décembre 1999 de la revue Nature. Ces résultats présentent un intérêt exceptionnel à double titre : sur un plan fondamental, par l’obtention de l’efficacité optimale de l’absorption lumineuse dans un matériau photosensible ; sur un plan appliqué, par les conséquences que cela implique sur la sensibilité des émulsions photographiques. Cela concerne tous les procédés liés à la photographie argentique (photographie noir et blanc, photographie couleur, radiographie, offset, holographie…) et laisse présager un accroissement important des performances dans ce domaine.

L’image latente photographique est formée pendant l’exposition, très brève, des cristaux de bromure d’argent (AgBr) à la lumière. Pour chaque photon absorbé, une paire initiale électron-trou est formée. Les électrons sont captés par les ions Ag+ qui sont réduits. Selon l’intensité lumineuse en chaque point de l’image, de zéro à une dizaine d’atomes d’argent sont formés dans chaque cristal. Dans le développement chimique qui suivra, seuls les cristaux contenant un nombre minimum d’atomes pourront être totalement réduits par le révélateur en particules noires visibles à l’œil (image négative). Dans les conditions des émulsions modernes, ce nombre critique est de 3 atomes par cristal. Une image correctement exposée comprend donc environ une moitié des cristaux avec plus de trois atomes.

Cependant, des processus compétitifs s’opposent à ce que chaque photon produise un atome (rendement quantique théorique _théor = 1) (Figure 1). L’un est la recombinaison extrêmement rapide de la paire initiale électron-trou sans effet chimique ultérieur. L’autre est la destruction par le trou, en raison de ses propriétés oxydantes, de l’atome que l’électron parent avait formé. Malgré les stratégies développées par les photographes pour minimiser ces effets, le rendement effectif dans les émulsions optimisées était jusqu’ici de _eff = 0,20 atome par photon, ce qui représente 80 % de photons absorbés sans effet (15 photons sont nécessaires pour rendre le cristal développable).

Jacqueline Belloni, directeur de recherche au CNRS, laboratoire de Physico-Chimie des Rayonnements et des membres de son équipe, Mona Treguer, jeune chercheur et Hynd Remita, chargée de recherche au CNRS, ont proposé à la Société AGFA-Gevaert.N.G.(René de Keyzer) avec laquelle ils collaborent depuis plusieurs années, une approche originale pour augmenter le rendement quantique effectif en inhibant ces processus antagonistes. Elle consiste à doper le cristal de AgBr par du formiate d’argent, connu en solution pour capter efficacement les radicaux oxydants et ensuite donner un électron supplémentaire.

Les expériences ont confirmé que, dans les émulsions dopées, les trous étaient captés par le formiate avant toute recombinaison, libérant ainsi un électron par photon (Figure 2). Elles ont également montré qu’un atome d’argent supplémentaire était formé pour chaque trou capté (Figure 3). Le rendement est alors de _eff = 2 atomes d’argent par photon, soit 10 fois supérieur aux rendements antérieurs. Le mécanisme est tel que le nombre d’atomes est proportionnel au nombre de photons dans une très large plage d’intensité lumineuse, y compris à exposition nulle ou faible, et que le gain en sensibilité ne s’accompagne d’aucun effet de voile.

L’accroissement du rendement peut être utilisé soit pour réduire la durée de l’exposition (capter un mouvement rapide ou diminuer la dose d’irradiation en radiographie), soit, à exposition égale, pour exploiter un flux plus faible de lumière (possibilité de suppression du flash), ou pour augmenter la définition en réduisant la taille des cristaux. Comme cette réduction de taille accroît par ailleurs le contraste, on peut également économiser sur la charge en argent et sur les adjuvants de l’émulsion.

Ces travaux ont fait l’objet de plusieurs dépôts de brevets.


Figure 1
Sur les 3 paires e--trou formées pour 3 photons absorbés, seule celle du haut conduit à un atome d’argent. Dans les autres paires, le trou (h+) détruit l’électron parent ou bien l’atome formé par l’électron.

Figure 2
En présence du dopant formiate HCO2- les trous sont captés avant recombinaison éventuelle avec les électrons et tous les électrons produisent un atome Ag.

 

Figure 3
Les radicaux CO2°- provenant de la capture des trous sont capables dans une seconde étape plus lente de produire chacun un atome d’argent supplémentaire.

 


Contacts :
Jacqueline BELLONI, laboratoire de Physico-Chimie des Rayonnements (CNRS-Université Paris-Sud)
Tél : 01 69 15 55 50 et 01 69 15 75 71
mél : jacqueline.belloni@lpcr.u-psud.fr

Martine HASLER, relations avec les médias, CNRS
Tél : 01 44 96 46 35
mél : martine.hasler@cnrs-dir.fr

Laurence MORDENTI, département des sciences chimiques, CNRS
Tél : 01 44 96 41 09
mél : laurence.mordenti@cnrs-dir.fr

 

 

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