Comment marchent les appareils de vision nocturne
Vous vous demandez comment marche la vision de nuit ?
Il y a 2 façons de voir la nuit, utilisant 2 technologies différentes : l'amplification de lumière et la vision thermique.
Les 2 technologies de vision nocturne
1- Intensification de lumière : la lunette de vision nocturne va collecter l’infime lumière ambiante (lumière visible et une partie des infra rouges). Car même de nuit, il y a un peu de lumière de la lune, des étoiles et d’autres petites sources. L’appareil va alors l’amplifier (jusqu’à 50 000 fois) pour donner une image visible sur l’écran.
2- Imagerie thermique : une lunette thermique va collecter la portion haute des infra rouges, qui provient de la chaleur et non pas de la lumière réfléchie. Les objets chauds (comme un corps humain ou un moteur de voiture) émettent plus d’IR qu’un objet froid (comme un rocher ou une maison).
Comprendre comment marche la vision nocturne
Pour comprendre comment marche la vision nocturne, il est important de connaitre les bases des propriétés de la lumière et comment nous la percevons.
La quantité d’énergie est fonction de la longueur d’onde. Une courte longueur d’onde transporte plus d’énergie.
Dans une source lumineuse, on trouve, en plus du spectre visible, des infrarouge et des ultraviolet.
La lumière infrarouge se divise en 3 catégories
1- IR proche : sont les plus proches du spectre visible, avec une longueur d’onde entre 0.7 et 1.3 microns
2- IR moyens : sont placés au milieu de la bande et ont une longueur d’onde entre 1.3 et 3 microns
3- IR thermique : constituent la majorité des infrarouge et ont une longueur d’onde entre 3 et 30 microns
La principale différence entre les IR thermiques et les autres, c’est qu’ils sont émis par un objet, alors que les IR proche et IR moyens sont réfléchis.
Pour comprendre comment ils sont émis, il faut zoomer au niveau atomique.
Les atomes sont en mouvement constant (déplacement, rotation et vibration). A l’échelle atomique, même les atomes d’un objet solide bougent. Ils peuvent également être dans différents états d’excitation, ils ont alors différents niveaux d’énergie.
En zoomant encore, les atomes sont constitués d’un noyau qui contient des protons et des neutrons et d’un nuage d’électrons. Si l’on applique de l’énergie sur l’atome, par de la chaleur, de la lumière ou de l’électricité, la trajectoire des électrons va s’éloigner du centre du noyau, sur une orbite de plus grande énergie.
Et c’est là que la magie opère. Car un électron excité n’a qu’un envie : retourner sur une trajectoire la plus proche possible du noyau. Pour ce faire, il doit se séparer de son surplus d’énergie. Et il le fait en émettant de la lumière.
L’illustration la plus simple de ce phénomène est la résistance de votre grille pain, votre four ou votre appareil à raclette. Lorsque l’appareil est branché, la résistance chauffe et devient rouge brillante.
Comment fonctionne une jumelle de vision nocturne ?
Les lunettes de vision nocturne à amplification de lumière sont les plus connues. Ce sont elles qui fournissent des images en vert et noir que vous voyez dans les films et les jeux vidéo. Il y a 4 générations de vision nocturne par amplification de lumière. Mais elles fonctionnent sur le même principe. C’est juste les performances qui changent (gain d’amplification de lumière, qualité de l’image)
Le cœur est constitué d’un tube amplificateur de lumière, qui collecte la lumière visible et infrarouge pour l’amplifier et la rendre ainsi visible à l’œil nu.
1- Une lentille d’objectif concentre la lumière visible et les IR proche
2- La première extrémité du tube amplificateur de lumière est constituée d’une photocathode, qui convertit les photons (lumière) en électrons (électricité).
3- Les électrons ainsi obtenus traversent le tube qui multiplie leur nombre d’un facteur de plusieurs milliers de fois à travers des petits tubes comparables à des fibres optiques.
4- La seconde extrémité du tube est un écran au phosphore que les électrons viennent heurter, reproduisant ainsi l’image d’origine vue au travers de l’objectif. C’est le phosphore dans l’écran qui donne cette couleur verte à l’image, caractéristique des jumelles de vision de nuit.
5- L’image en vert et noir est transmise à travers la lentille de l’œilleton, qui permet de faire le focus et éventuellement un grossissement de l’image qui sera vue par votre œil. Eventuellement, certaines jumelles de vision nocturne permettent de transmettre par câble le signal à une caméra numérique.
Voir ma sélection d’appareils de vision nocturne.
Comment fonctionne une caméra thermique ?
Voilà maintenant comment on exploite le rayonnement IR pour la vision thermique de nuit.
1- La lentille de l’objectif concentre la lumière IR
2- Cette lumière est scannée par des détecteurs infrarouge dans l’appareil qui déterminent la température des zones en fonction de la longueur d’onde des IR.
3- L’image thermique ainsi créée est convertie en impulsions électriques, qui sont envoyées pour représenter l’image sur l’écran.
4- L’image est représentée en couleur en fonction de la température des zones observées. Le rouge représente les zones chaudes, le bleu les zones froides.
La plupart des caméras thermiques enregistrent à raison de 30 images par secondes avec une précision de 0.2 degrés Celsius sur une plage de températures allant de -20°C à 2000°C.
Il existe 2 types de caméra thermique
1- Non refroidie : c’est le plus courant. Elles fonctionnent à température ambiante, sont silencieuses et démarrent immédiatement.
2- Cryogénisées : bien plus chères, elles sont refroidies à des températures négatives, ce qui améliorer leur précision et leur résolution. Elles peuvent détecter une différence de température de 0.1°C à 300m. Autrement dit, vous n’aurez aucune difficulté à détecter une personne portant un pistolet sous son pull à 300m !
Quelle est la différence entre une caméra thermique et une lunette à amplification de lumière ?
Si vous avez lu l’article en entier, vous devriez être capable de répondre vous-même à cette question.
Pour faire simple : elles n’utilisent pas la même bande de lumière. Cette différence permet des applications différentes.
Pour pouvoir utiliser l’amplification de lumière, il faut qu’il y ait quand même un peu de lumière. Donc des jumelles de vision nocturne sont inefficaces dans une grotte ou dans un bâtiment. Pour pallier ce problème, on utilise des illuminateurs infrarouge. Ce sont en gros des lampe torche IR, qui projettent de la lumière IR (donc invisible à l’œil nu) qui sera réfléchie par les objets et récupérée par les lunettes de vision nocturne.
Quand à une caméra thermique, elle recrée une image avec des couleurs artificielles qui dénaturent complètement les objets observés mais qui permettent de déceler des choses dissimulées (comme une personne derrière un mur ou un pistolet sous un pull).