Comment fonctionne la fibre optique ?
Tout d’abord, il faut savoir que, pour nos recherches, nous utilisons des diodes qui émettent un faisceau laser. A la base, ce laser produit une intensité continue qui ne contient pas d’information. Pour créer une information avec de la lumière, on s’appuie sur la logique du morse. En coupant ou en laissant passer la lumière à une certaine fréquence, je transmets une information qui transite à la vitesse de la lumière (300 000 km/seconde).
Un faisceau lumineux peut, à l’inverse du courant électrique, contenir des milliers de messages. Dans une seule fibre optique, il est possible d’envoyer des milliers de couleurs. A la sortie de la fibre optique se trouve un appareil qui divise les couleurs et est capable d’interpréter le signal contenu dans chacune d’entre elles. Une fibre optique permet d’alimenter beaucoup plus de destinataires qu’un câble de cuivre utilisé pour l’électricité.
La puissance de la fibre repose sur sa structure interne en verre de silice, qui empêche la lumière de s’échapper. L’inconvénient est qu’elle est beaucoup plus fragile et peut se casser.
Pourquoi ne pas utiliser du plastique ?
La fibre optique est constituée d’un verre semblable à celui de nos vitres et comprend une structure interne qui va agir comme un miroir sur la lumière. Ainsi, lorsque la lumière entre dans la fibre optique, elle est constamment réfléchie à l’intérieur jusqu’à l’autre extrémité, c’est pourquoi nous ne pouvons pas la voir pendant son voyage. Il nous arrive d’utiliser des capillaires, qui sont des fibres optiques imparfaites constituées de plastiques transparents. Ceux-ci laissent s’échapper une partie de la lumière et seront utilisés jeudi pour constater que la lumière suit effectivement la trajectoire de la fibre optique. Cependant, ils ne sont pas adaptés pour communiquer car le message serait perdu après quelques kilomètres de fibre.
On connaît la fibre optique pour Internet, mais a-t-elle d’autres utilisations ?
Actuellement, les fibres optiques sont employées principalement pour Internet. Les villes dépensent beaucoup d’argent pour s’équiper. Il existe toutefois une autre grande application, la médecine. Une fibre optique est extrêmement fine (environ la taille d’un cheveu, 125-250µm), et la lumière voyage dans un espace de 10µm de diamètre. Elle est dorénavant utilisée pour des opérations telles que la chirurgie, l’endoscopie, et la dermatologie. Dans le cas de l’endoscopie, le médecin utilise la lumière qui voyage dans la fibre optique pour éclairer l’intérieur du corps (veine, artères) et vérifier l’état de santé du patient.
Imaginons que le praticien veuille explorer une veine. Il y insère la fibre et éclaire les parois. La lumière ainsi projetée revient ensuite dans la fibre. Grâce à un boîtier associé à la fibre, il est possible d’analyser cette réflection et de détecter des anomalies en comparant les résultats avec ce qui est attendu.
Une autre utilisation qui servirait à chacun d’entre nous ? Aujourd’hui, nous avons tous chez nous de nombreux câbles électriques qui s’emmêlent et prennent la poussière derrière notre télévision. Il serait possible de remplacer tous ces câbles par un seul fil, la fibre optique. Même en raccordant vingt appareils supplémentaires, ce serait toujours plus rapide.
Pouvez-vous nous parler de l’atelier que vous présenterez le 9 avril ?
L’atelier comprend un lecteur DVD et une télévision. Notre objectif est d’utiliser la fibre optique pour transmettre l’information du lecteur à la télévision. Pour que l’action de la fibre soit plus évidente, j’utilise un capillaire. Avec une vraie fibre optique, le public ne verrait pas le trajet de la lumière.
Pour synthétiser, un DVD est constitué de creux et de bosses, que l’on peut faire correspondre à des 0 et des 1 électriques. Ce sont ces données que la fibre va transmettre au téléviseur. Entre le lecteur et le téléviseur se trouve un cristal qui vibre si on lui envoie un signal électrique, ce qui a pour effet de dévier le laser avant son entrée dans la fibre optique.
Notre téléviseur n’interprète que les signaux électriques. Nous devons donc traduire les signaux lumineux en signaux électriques. Pour cela, on utilise une photodiode, un écran CCD capable de créer de l’électricité lorsqu’il est échauffé. Il va donc produire de l’électricité en recevant de la lumière.
Pour démontrer que l’information est bien transmise par la lumière, il vous suffit d’interrompre le signal en plaçant votre main sur le trajet du laser. L’image sur le téléviseur se coupe, preuve que les informations sont bien transmises par voie lumineuse.
Nous nous sommes orientés sur le thème « Lumière visible, lumière invisible ». Mon atelier va croiser celui de Julien Millot. En effet au laboratoire je travaille avec un laser qui émet dans l’infra-rouge, qui est la couleur qui nous permet de recevoir Internet aujourd’hui. Or, nous ne pouvons pas la voir. Nous voulons stimuler le public sur ce qu’il ne voit pas. Nous ne voyons qu’une petite partie de la lumière, située entre 400 et 800 nm. Les rayons infra-rouges, ultra-violets, x sont totalement invisibles à l’oeil nu… Par exemple, savez-vous que même en plongeant une pièce dans l’obscurité, il reste plus de 80% de lumière… invisible ?
Site de Lumières et Découvertes, programme bourguignon de l’année internationale de la lumière
Pierre-Yves Bony sur le site de l’Expérimentarium