David Fattal, 33 ans : Images et vidéo 3D sur terminaux mobiles, sans lunettes ou la révolution de l’hologramme sur smartphone.
David Fattal s’est découvert une fascination pour la physique alors qu’il étudiait la théorie des cordes à l’Ecole Polytechnique, à 15 kilomètres de Paris (France). Ce vieux rêve de réconcilier mécanique quantique et théorie de la relativité générale aurait pu paraître irréalisable, pourtant, après son diplôme en physique théorique, ce jeune ingénieur, déterminé à découvrir l’aspect plus expérimental de cette science, s’est orienté vers de nouveaux territoires académiques – ceux de l’information quantique – ce qui l’a conduit à des milliers de kilomètres de chez lui, à l’Université de Stanford, aux Etats-Unis.
Dès le début de sa carrière, Fattal s’est senti attiré par l’étude de la lumière, conscient des possibilités offertes par la compression de cette dernière. Il était émerveillé par les propriétés « particulières, quasi magiques » qu’acquiert la lumière lorsqu’elle interagit avec des structures microscopiques. Comme il l’explique lui-même, une « forte intuition » lui est venue pendant son doctorat à l’université nord-américaine, le poussant à déchiffrer « les phénomènes de résonance dans les structures diélectriques planes » afin de contrôler l’émission, la propagation et l’absorption de la lumière.
Pendant ces années-là, Fattal a non seulement approfondi ses connaissances sur ces processus, mais également pris conscience des applications potentielles. Les domaines de l’information quantique et des interconnexions optiques ont ainsi largement bénéficié de ses découvertes, lesquelles ont donné lieu à plus de 40 brevets – dont certains concédés sous licence à de grandes entreprises de connecteurs optiques – et fait l’objet de plusieurs publications dans des revues scientifiques. Loin de se satisfaire de ses acquis, Fattal n’a eu de cesse de vouloir aller de l’avant à son arrivée en 2005 au Laboratoire de nanophotonique de HP : « J’étais convaincu de pouvoir mettre à profit mon expérience pour concevoir quelque chose d’important, de non intuitif et avec une application industrielle immédiate », affirme-t-il.
Enfin, en 2011, une idée prend forme. « Je me suis dit que je pourrais résoudre les grands problèmes de l’holographie numérique en utilisant des coupleurs de grille extérieurement modulés comme pixels directionnels », résume Fattal. Depuis ce jour-là, l’équipe qu’il dirige est tendue vers un objectif : créer un système qui permette de voir des vidéos en 3D sans lunettes depuis un terminal mobile sur un écran fin et compact, et qui offre au spectateur une expérience stéréoscopique quel que soit l’angle sous lequel il regarde les images.
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Pour atteindre cet objectif, la technologie conçue par ce physicien de seulement 33 ans intègre deux éléments : un système de rétroéclairage et un modulateur externe similaire à celui des écrans à cristaux liquides (LCD) de nombreux téléphones, portables ou tablettes existants. Le système de rétroéclairage est composé d’un très fin feuillet de verre d’à peine quelques millimètres de large. Sous ce feuillet, depuis les parties latérales, une série d’ampoules LED émettent de la lumière vers l’intérieur du verre dans une direction très précise. L’équipe de Fattal parvient à ce niveau de précision grâce à différentes méthodes permettant d’obtenir un faisceau de rayons parallèles à partir de la source de lumière du LED. Grâce à ces méthodes et aux techniques de découpe et polissage des bords latéraux du feuillet, la lumière est guidée vers divers pixels qui ont été ‘enregistrés’ sur la surface du verre.
La capacité de modulation de la lumière de ces pixels constitue justement l’une des spécialités de Fattal. Sa faculté de maîtriser la lumière via des ‘grilles diélectriques’ – dont il a mis au point le concept durant ses travaux sur les interconnexions optiques – lui permet aujourd’hui d’appliquer cette technique dans le domaine de l’image tridimensionnelle pour les terminaux mobiles.
Fattal a ainsi créé ses premiers prototypes qui fonctionnent comme suit : chacun des pixels enregistrés sur la surface du système de rétroéclairage est une ‘grille de diffraction’ optique fabriquée via une photolithographie qui disperse la lumière de façon contrôlée, générant un ‘champ lumineux’ vers la zone de visualisation de l’image.
C’est ici qu’entre en jeu le modulateur externe (de quelques dizaines de microns de grosseur). Placé sur le système de rétroéclairage, il est capable d’ajuster l’intensité transmise par chaque rayon de lumière individuel et de générer une image qui peut être composée par les trois couleurs primaires (vert, rouge et bleu). « Le modulateur a un facteur de passage de quelques dizaines de microns alors qu’un terminal holographique numérique nécessite un facteur de passage inférieur à un micron », explique Fattal. Cela signifie que son terminal peut gérer des taux de traitement d’images supérieurs et offrir des animations en vidéo (ils vont ils ont publié des tests à 30 photogrammes par seconde).
Un autre avantage de cette technologie est qu’elle ne nécessite pas l’utilisation de filtres de couleur pour obtenir des images ou des animations, ce qui permet d’avoir un terminal totalement transparent et d’améliorer l’efficacité énergétique de l’écran par rapport aux LCD actuels, lesquels, selon Fattal, « gaspillent 66 pour cent de la lumière rien qu’en filtrant les couleurs ».
L’équipe de Fattal a présenté ses premiers prototypes dans une publication dans la revue scientifique Nature. Il s’agit de divers terminaux fabriqués avec des matériaux à bas coût et des procédures standards. Ceux-ci sont capables pour l’instant de générer une image statique de toutes les couleurs ou des séquences animées tridimensionnelles de base, comme un globe terrestre tournant sur son axe.
De l’avis de Christophe Delerue, directeur de recherche au CNRS, professeur de physique à l’ISEN et membre du jury des prix MIT Technology Review Innovateurs de moins de 35 ans France, ce jeune « a conçu des innovations révolutionnaires basées sur l’utilisation de l’interaction entre la lumière et les nanostructures » et dont les applications dans la visualisation 3D « devraient être nombreuses et atteindre un large public ».
Fattal reconnaît que développer ses technologies au sein de HP constitue un véritable avantage concurrentiel en ce sens où il a eu toute latitude pour concrétiser rapidement son idée de départ en prototypes fonctionnels. Son prochain défi consiste à convertir ses prototypes en produits réels présentant un véritable intérêt pour le marché : « Je vais me battre pour voir les premières applications commerciales sous forme d’éléments décoratifs cette année, puis pour commercialiser la visualisation de vidéos sur une large gamme de terminaux mobiles » assure l’innovateur.
Article rédigé par Elena Zafra / © MIT Technology Review mars 2013
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