Des chercheurs ont découvert un nouveau matériau à faible coût pouvant être utilisé pour la fabrication de lentilles pour l’imagerie thermique, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications de fabrication avancée pour cette technologie puissante.
L’imagerie thermique et infrarouge est utilisée dans de nombreux secteurs, notamment la défense, la sécurité et la surveillance, la médecine, le génie électrique, l’exploration spatiale et le fonctionnement des véhicules autonomes. Cependant, les matériaux nécessaires sont coûteux et de plus en plus difficiles à trouver.
Ainsi, des alternatives à moindre coût sont nécessaires. Pour cela, une équipe multidisciplinaire de chimie et de physique de l’Université Flinders a développé une solution sous forme d’un tout nouveau matériau polymère fabriqué à partir de soufre et de cyclopentadiène. Selon eux, ces polymères hautes performances ont la capacité unique de transmettre la lumière infrarouge.
« Le matériau combine haute performance, faible coût et fabrication efficace », déclare Sam Tonkin, doctorant et premier auteur d’un nouvel article dans la revue internationale Advanced Optical Materials.
« Il a le potentiel d’étendre l’utilisation de l’imagerie thermique à de nouveaux secteurs qui étaient auparavant limités par le coût élevé des lentilles de germanium ou de chalcogénide. C’est un domaine en rapide développement qui connaîtra des avancées passionnantes dans les prochaines années », ajoute-t-il.
Le soufre est produit en plusieurs millions de tonnes lors du raffinage du pétrole. Des milliards de tonnes sont disponibles dans les dépôts géologiques. Il est abondant et bon marché. Le cyclopentadiène est également issu de matériaux à faible coût produits lors du raffinage du pétrole.
Les lentilles utilisées pour l’imagerie thermique sont actuellement fabriquées à partir de verres de germanium ou de chalcogénide. Le germanium est un élément en pénurie et très coûteux. Certaines lentilles en germanium peuvent coûter des milliers de dollars.
Les verres de chalcogénide ont également des lacunes. Par exemple, ils sont souvent constitués d’éléments toxiques tels que l’arsenic ou le sélénium.
Le Dr Le Nhan Pham explique que la réaction du soufre et du cyclopentadiène produit un plastique noir très transparent à la lumière infrarouge : « C’est la lumière qui est détectée par les caméras d’imagerie thermique. »
« Ce matériau innovant a été conçu pour avoir une large gamme d’applications potentielles, de l’ingénierie spatiale à l’opération militaire, en passant par les industries civiles et aérospatiales », ajoute-t-il.
Le polymère est en mesure d’être moulé en une variété de lentilles, qui pourront être utilisées, par exemple, pour grossir l’image dans une caméra thermique. Parce que le polymère est noir, il sera capable aussi d’être employé pour dissimuler et protéger l’équipement d’imagerie thermique. Le polymère peut donc servir de camouflage pour cacher une caméra utilisée pour la surveillance.
La lumière infrarouge traverse le polymère, de sorte qu’on peut voir à travers lui à l’aide d’une caméra infrarouge. Cette propriété est utile pour les opérations de défense et la surveillance de la faune.
L’étude fait également état d’avancées scientifiques majeures, notamment :
Un nouveau réacteur a été conçu pour permettre la réaction clé. L’un des principaux défis consistait à pouvoir utiliser les éléments constitutifs sous forme gazeuse. L’utilisation de monomères gazeux avait été jugée impossible par d’autres chercheurs dans ce domaine.
L’étude comprend également des calculs de mécanique quantique pour comprendre comment et pourquoi le matériau est transparent à la lumière infrarouge utilisée dans l’imagerie thermique. Ces connaissances seront également utiles à l’avenir pour concevoir de nouvelles lentilles aux propriétés encore améliorées.
Tableau complet des caractéristiques
| Caractéristiques Avancées | Description |
|---|---|
| Transparence Infrarouge | Le polymère présente la plus grande transparence à la lumière infrarouge à longue onde jamais signalée pour un plastique. |
| Coût des Matières Premières | Les matières premières, le soufre et le cyclopentadiène, sont abondantes et bon marché. Pour une lentille de 1 g, les éléments constitutifs coûtent moins d’un centime. |
| Moulage Rapide | Le matériau permet un moulage rapide en différentes formes, telles que les lentilles. C’est un processus plus rapide que la production actuelle de lentilles qui repose sur des méthodes de fraisage lentes. |
| Camouflage | Le polymère est noir, ce qui le rend utile pour dissimuler et protéger l’équipement d’imagerie thermique. |
| Réactivité avec le Soufre et le Cyclopentadiène | La réaction du soufre et du cyclopentadiène produit un plastique noir avec une transparence élevée à la lumière infrarouge. |
| Conception de Réacteur Innovante | Un nouveau réacteur a été conçu pour permettre la réaction clé, en utilisant les éléments constitutifs sous forme gazeuse, une approche auparavant considérée comme impossible. |
| Calculs Mécaniques Quantiques | L’étude a utilisé des calculs mécaniques quantiques pour comprendre pourquoi le matériau est transparent à la lumière infrarouge utilisée dans l’imagerie thermique. |
L’article, « Imagerie thermique et surveillance clandestine utilisant des polymères à faible coût avec une transparence infrarouge à longue onde » (2023) par Samuel J Tonkin, Le Nhan Pham, Jason R Gascooke, Martin R Johnston, Michelle L Coote, Christopher T Gibson et Justin M Chalker a été publié dans Advanced Optical Materials, une revue de premier plan axée sur la recherche fondamentale et appliquée dans les interactions lumière-matière (Q1, facteur d’impact 10). DOI : 10.1002/adom.202300058
Photo d’illustration 3D (Enerzine)
