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De la vision nocturne à la thermographie: nuances
Thermographie, infrarouge, vision nocturne, nyctalope, ... Tous ces termes semblent désigner la même chose et pourtant ils désignent tous des choses fondamentalement différentes.
Le plus simple: la vision nocturne
La vision nocturne existe dans la Nature également, il s'agit d'animaux dont les yeux ont favorisés des cellules en bâtonnet de la rétine qui ont une sensibilité maximale à l'intensité lumineuse et au mouvement au détriment de la couleur. les yeux de nyctalope ont donc favorisé les bâtonnets au détriment des cônes (couleurs). Il n'existerait pas ou plus d'humains possédant une vue nocturne ou semi-nocturne (dans le domaine des mutations pour s'adapter à l'environnement, il faut toujours rester prudent) entre autre parce que les animaux disposant d'une vue nocturne dispose également d'une membrane absente chez l'humain: le Tapetum lucidum (tapis clair)[1] qui, situé au fond de l’œil, réfléchit la lumière et permet donc de l'amplifier. C'est cette membrane qui cause le phénomène des yeux phosphorescents.
La nyctalopie est la capacité à voir seulement dans la pénombre pas dans le noir, on peut donc quantifier la nyctalopie selon le degré de sensibilité/densité en photons présents.
Tout être équipé de cette vision est beaucoup plus sensible à l'éblouissement et ne dispose alors pas de la vue en couleur.
L'homme s'est inspiré de tout cela pour créer des équipements amplificateurs de lumière sous forme de lunettes ou de jumelles. Assez encombrant à l'origine, l'équipement devient de plus en plus compact.
Il est important de noter que ceci ne permet en rien de voir dans le noir absolu mais bien voir dans la pénombre ou dans une nuit naturelle, il est nécessaire à cette technologie de disposer d'un minimum de photons à amplifier, si il n'y a plus assez de photons, l'imagerie obtenue restera noire. Tactiquement, cet équipement a l'avantage de ne pas émettre de rayonnement et est donc peu repérable d'où son utilité tactique chez les militaires. On peut optimiser certains équipements existants en retirant les filtres anti-éblouissement des appareils ce qui les rendra plus sensibles à la lumière.[2]
Il ne s'agit donc ici ni d'infrarouge, ni de thermographie.
Le proche infrarouge ou amplification assistée
Nous quittons ici la nature pour entrer dans la technologie pure. Il a semblé évident aux savants et techniciens que la technologie précédente était utilisable dans le noir absolu ou pouvait recevoir des améliorations nettes en cas de mauvaises conditions (météorologie par exemple) en alimentant artificiellement l'environnement en photons. D'autre part, sur un plan militaire, même en utilisant une torche infrarouge ou proche, sa luminosité restait faible et peu détectable néanmoins les illuminateurs infrarouge émettent au minimum un halo reconnaissable mais cela leur permet désormais de voir même dans le noir absolu ou avec de mauvaises conditions. Cependant, cette technique signifie aussi que leur rayon de vision est beaucoup plus limité car lié à la puissance de leur lampe proche IR.
Il ne s'agit donc toujours pas de thermographie et même les capteurs ne vont que s'approcher à nouveau de l'infrarouge sans pour autant l'exploiter, on se contente d'amplifier de la lumière et d'utiliser une longueur d'onde lumineuse invisible à l'oeil pour "éclairer". Même si l'on utilise ici des lampes à infrarouge, ce n'est pas leur aspect chaleur qui est exploité mais uniquement leur côté invisible et la réflexion sur l'environnement. Les capteurs sont donc sensiblement les mêmes que ceux en lumière amplifiée ou parfois seulement des capteurs classiques sans leur filtre qui bloque leur sursensibilité au proche infrarouge (0,9-2 μm) . On va généralement travailler sur des longueurs d'onde de 0.700 à 1 μm.
À noter qu'il existe des dispositifs basés sur le laser comme illuminateur ce qui permet des visions à plus longue distance. Globalement ces dispositifs donnent des images de meilleure qualité que les dispositifs passifs à amplification mais gardent comme problème que l'on peut retrouver aisément l'observateur avec un système passif d'intensification donc est limité dans son usage militaire. [3]
Un exemple de caméra proche infrarouge, modèle civil en noir&blanc.
Vision infrarouge ou thermographie
En entrant dans cet aspect, nous quittons l'aspect optique humaine et entrons dans l'aspect thermique dont les règles sont similaires mais dont les réactions des matériaux peuvent être totalement différentes en thermique de ce qui est observé dans le spectre de la lumière visible. La vision infrarouge ne fait que reproduire le rayonnement thermique d'une scène et il ne semble y avoir aucun animal capable de ce type de vision par ailleurs, actuellement le règne animal semblant se limiter à la nyctalopie qui n'est qu'un dérivé de la vision comme vu plus haut.
L'image thermique parfois aussi appelé thermogramme est donc basée sur l'émission de rayonnement thermique dont la source est la quantité d'énergie thermique émise par des corps divers. Il n'est pas actuellement techniquement possible de directement convertir la puissance de rayonnement en température sauf pour les corps noirs qui sont des corps purs. Dans les autres cas, le rayonnement thermique sera déterminé par la température effective du ou des corps observés mais influé par la nature chimique de le ou les composants, leur émissivité, leur nature de surface, leur géométrie (effet cavité par exemple), la distance, le taux d'humidité et l'angle d'observation. Ceci pour ne reprendre que les principaux facteurs et en excluant les paramètres de réglage.
L'image thermique est à la base en nuance de gris mais peut être colorée pour aider à l'analyse, voir aussi : Les palettes de couleur des thermogrammes.
La plage d'observation civile la plus courante est le 8-13 μm mais l'on observe aussi 2-5 μm pour des raisons techniques, scientifiques ou militaires, la zone 5-7,5 μm étant généralement bannie car la vapeur d'eau est vue opaque dans ces longueurs d'onde ce qui vu son omniprésence sur Terre ne permet plus les observations.[4] [5]
Le cas spécifique de certains insectes, reptiles et chauve-souris
Certains reptiles dont le crotales, boas ou pythons disposent d'une perception infrarouge qui va jusqu'à la thermographie mais qui n'est pas liée à l'oeil[6]. Il s'agit de la fossette sensorielle qui permet une perception de la chaleur aux alentours immédiats de ces serpents et sensible essentiellement à des températures de 20-30°C, donc celle du vivant à sang chaud, sur des longueurs d'onde de 5 à 30 μm avec une sensibilité de l'ordre de 0.001°C[7] et qui ont essentiellement deux fonctions: la thermorégulation et la localisation d'une source de chaleur définie[8]. On le voit donc, il s'agit d'un senseur plus proche d'un radar que d'une vision et qui va utiliser la forme des fossettes sensorielles que pour donner une distance et une direction avec un temps de latence de seulement 50 à 150ms. il existe une version atténuée de ces fossettes sensorielles: les fossettes labiales mais qui sont beaucoup moins efficaces et moins sensibles (0.026°C), c'est une évolution indépendante des fossettes sensorielles chez les boas et les pythons.
La chauve-souris vampire (Desmodus rotundus) semble disposer d'un système analogue par 3 cavités réceptrices situées autour du nez et réagissant à l'ionisation de l'atmosphère cela dit, cet organe semble extrêmement spécialisé dans la mesure où il ne réagit qu'autour de 30°C afin de guider l'animal vers ses proies: des animaux à sang chaud dont il suce le sang (cas unique car l'écrasante majorité des autres chauves-souris sont frugivores et/ou insectivores)[9].
La punaise du pin (Leptoglossus occidentalis) s'oriente également vers seulement certains cônifères grâce à ses segments abdominaux 1 à 4 dotés de senseurs thermiques, des chemorécepteurs. En effet, certains pins ont des cônes plus chauds que l'environnement ou que leurs épines, ces insectes se servent de ce phénomène littéralement comme d'une balise (voir aussi l'article sur le pin argenté tout comme le moustique le fait sur les odeurs et la chaleur à l'exception près que les senseurs seraient bien là dans les yeux des moustiques. [10] [11] [12]
Mais en clair, il ne s'agit en rien d'une vision thermique sauf peut-être pour le moustique mais bien d'une perception, comme un sens complémentaire en quelque sorte.
Résumé visuel
Voici deux panoramas qui vontdepuis la vision nocturne proche infrarouge jusqu'à la thermographie d'une même scène:
Références
- ↑ Tapetum Lucidum, Wikipédia
- ↑ Vision de nuit, Wikipédia
- ↑ Night vision, Wikipédia
- ↑ Infrarouge, Wikipédia
- ↑ Ouvrages de référence
- ↑ Les secrets de la vision thermique des serpents, Nouvel Observateur
- ↑ Newman EA, Gruberd ER, Hartline PH. 1980. The infrared trigemino-tectal pathway in the rattlesnake and in the python. The Journal of Comparative Neurology 191: 465-477.
- ↑ Infrared sensing in snake
- ↑ 'Pit organs' around the nose of vampire bat detects infrared radiation using ion channels
- ↑ Description de la technique d’approche du moustique affamé et mortel
- ↑ Hématophage, Wikipédia
- ↑ Fiche moustique, La maison des insectes