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Les jumelles de vision nocturne
Les
jumelles de vision nocturne (JVN), sont des instruments optiques
permettant de voir dans l'obscurité. Elles sont surtout
utilisées par les forces armées et de police pour la
vision de nuit.
Après avoir été utilisées pour la
première fois pendant la guerre du Vietnam, elles connurent
plusieurs étapes de développement technologique.
JVN passives
Les JVN passives amplifient plusieurs milliers de fois la
luminosité résiduelle dans les zones rapprochées
à l’aide d’un amplificateur de lumière. Ce
système met à profit l’effet
photoélectrique. Lorsqu’un photon percute une plaque de
détection, le métal libère plusieurs
électrons amplifiés à leur tour dans une cascade
d’électrons visualisés sur un écran
phosphorescent. Une étoile dans le ciel suffit parfois pour
éclairer tout un champ. Ce système est couramment
utilisé pour la visualisation en temps de guerre et fonctionne
en couleur verte. Cette couleur a été choisie parce que
l’œil humain y est particulièrement sensible et peut
distinguer de très nombreuses nuances. Elle permet aussi
à l’œil, plus qu’avec d’autres couleurs,
de réaccommoder plus rapidement lorsque l’observateur
enlève ses JVN.
Pour les missions en environnement enneigé ou sur la glace, des
JVN expérimentales ont été testées
utilisant des teintes bleutées. Cela donne au combattant une
vision plus réaliste de la variété des teintes.
L’utilisation de JVN vertes tend à renforcer l’effet
d’ombres de sorte que le dispositif fait apparaître un plus
grand nombre de dégradés que dans le même paysage
observé à l’œil nu.
JVN actives
Les JVN actives illuminent la scène avec un faisceau infrarouge
du même type que le rayon des télécommandes
d’appareils électroniques grand public et visualisent la
lumière réfléchie. Ces lunettes peuvent
nécessiter l’utilisation d’amplificateurs de
luminosité résiduelle. Cette caractéristique
trouve son application sur les caméras vidéos
d’usage courant car elle répond au besoin de la plupart
des utilisateurs de voir dans l’obscurité. Si l’on
pointe une télécommande à infrarouge (type poste
de télévision) sur un système de ce type, ce
dernier produira une image éblouissante due à
l'émetteur électroluminescent infrarouge qu’il
utilise. Ceci n’est pratiquement pas utilisé par les
armées car l’ennemi peut avoir des instruments permettant
de détecter ces lampes à infrarouge.
Il existe des lunettes combinant les deux technologies et fournissant
des images aussi claires qu’en plein jour. En plus des JVN, la
technologie de la vision nocturne est aussi utilisée dans les
viseurs télescopiques de fusils, les caméras de
télévision de surveillance, les jumelles
d’observation etc.
Générations d'appareils :
Génération 0
La première génération, dénommées
« sniperscope » ou « snooperscope », a
été utilisée par l'armée américaine
lors de la Seconde Guerre mondiale puis pendant la guerre de
Corée pour assister les tireurs d'élites (snipers). Il
s'agit d'appareils actifs car émetteurs de large faisceaux
infrarouges. L'amplificateur de lumière est constitué
d'une photocathode faite d'argent, de césium et d'oxygène
pour accélérer les électrons.
L'armée allemande a également fait des recherches sur la
vision nocturne à la fin de la seconde guerre mondiale pour
arriver à équiper environ 50 chars Panther et à
produire un système de vision portable pour l'infanterie.
Génération 1
Cette génération d'appareils sont passifs, ils se
contentent de la faible lumière ambiante si la lune est au
rendez-vous. Ils sont introduits durant la guerre du Vietnam et
permettent une amplification de luminosité d'environ 1000x.
Génération 2
L'amélioration de cette génération porte sur le
tube d'amplification utilisant une galette de microcanaux avec une
nouvelle photocathode, cela permet d'avoir une meilleure
luminosité, particulièrement au bord de la lentille. Ce
type d'appareils peuvent s'utiliser les nuits sans lune, le taux
d'amplification étant d'environ 20 000x.
Génération 3
Cette génération garde la galette de microcanaux mais
utilise une photocathode fabriquée à partir
d'arséniure de gallium pour une meilleure résolution
d'image. Un filtre d'ions est inséré pour
préserver le tube amplificateur qui obtient un taux
d'amplification de 30 000x à 50 000x.
Galette de microcanaux
Une
galette de microcanaux (MCP pour microchannel plate) est un dispositif
amplificateur de charge électrique au fonctionnement similaire
à celui du photomultiplicateur ; on peut la considérer
comme une galette de photomultiplicateurs.
La galette céramique comporte un réseau de microcanaux,
petits tubes la traversant de part en part et recouverts d'un
dépôt métallique. La galette est polarisée.
Lorsqu'une charge entre dans un canal et percute sa paroi, elle
provoque l'émission de plusieurs électrons qui sont
accélérés par la tension de polarisation. Les
électrons émis vont à leur tour frapper la paroi
et provoquer l'émission d'autres électrons ; il y a donc
amplification en cascade.
La galette de microcanaux permet la détection de charge à
deux dimensions. Les charges entrantes peuvent être des ions,
comme dans le cas d'un SIMS ou d'une sonde atomique tomographique, ou
bien des électrons. Les électrons peuvent être
créés par un écran scintillateur, comme dans le
cas d'un amplificateur de lumière ou d'une caméra
thermique.
La « gerbe de charges » sortant de la galette peut
être visualisée par un écran fluorescent,
éventuellement reprise par une caméra (caméra CCD
par exemple), ou bien être numérisée par un
détecteur adapté.
L'arséniure de gallium
L'arséniure de gallium (GaAs) est un composé chimique d’arsenic et de gallium.
C'est un matériau semi-conducteur utilisé en particulier
pour réaliser des composants micro-ondes et des composants
opto-électroniques, diodes électro-luminescentes
infrarouge ou des cellules photovoltaïques. Le GaAs est un
semi-conducteur dit « III-V » car le gallium et
l’arsenic sont respectivement dans les colonnes III et V dans le
tableau de classification périodique des éléments,
et présentent donc 3 et 5 électrons de valence.
Structure cristalline
L'arséniure de gallium possède une structure cristalline
de type blende. Si l'on considère que les atomes de gallium
suivent une structure de type cubique à faces centrées
(CFC), les atomes d'arsenic occupent quant à eux 4 des 8 sites
tétraédriques de cette maille (et vice-versa).
Atouts de l'arséniure de gallium
L'arséniure de gallium a quelques propriétés
électriques supérieures à celles du silicium :
* il possède une plus grande vitesse de
saturation des électrons, et ceux-ci ont une mobilité
plus grande, ce qui lui permet de fonctionner à des
fréquences supérieures à 250 GHz ;
* les dispositifs à technologie GaAs
génèrent moins de bruit en hautes fréquences que
ceux à base de silicium ;
* ils peuvent de même fonctionner à
puissance plus élevées, du fait d'une tension de claquage
plus élevée.
Ces propriétés font de l'arséniure de gallium un
composé de choix, notamment dans la fabrication de circuits pour
téléphones portables, communications par satellite,
technologie micro-onde, ainsi que certains dispositifs à radar.
L'arséniure de gallium est aussi utilisé dans la
fabrication de diode Gunn.
Un autre atout de l'arséniure de gallium est son gap direct
(contrairement au silicium qui a lui un gap indirect) ce qui lui permet
d'émettre de la lumière (le silicium émet
très peu de lumière, même si de récentes
avancées technologiques ont permis de l'utiliser pour faire des
LEDs ou des lasers).
Les propriétés de l'arséniure de gallium, en
particulier sa vitesse de commutation, l'on fait paraître comme
un matériau idéal, notamment pour des applications en
informatique. Dans les années 1980, beaucoup pensaient que le
marché de la microélectronique serait dominé
à terme par l'arséniure de gallium, remplaçant
ainsi le silicium. La première tentative d'évolution est
due aux vendeurs de superordinateurs Cray Research, Convex, et Alliant.
Cray développa une machine à base d'arséniure de
gallium, le cray-3, mais les efforts financiers de recherche furent
insuffisants, et la compagnie fit faillite en 1995.
Les informations de cette page proviennent de Wikipedia.
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