Technologie

Hologrammes: aux frontières du réel

Virginie CHANTRY • virginie@marketrotters.com

Si vous étiez enfant ou ado au milieu des années 80, vous connaissez peut-être le dessin animé Jem et les Hologrammes. Il est également possible que vous ayez entendu parler du film éponyme sorti en 2016 qui en est inspiré. Dans la version originale, une jeune fille possède un double holographique, Jem, chanteuse d’un groupe de rock, et auquel elle peut avoir recours grâce à un super ordinateur (Synergie) qui crée des hologrammes sur demande. Cela ne vous fait-il pas penser à ABBA et sa tournée «holographique» ? Mais est-ce vraiment de cela dont il s’agit ? À l’heure des festivals d’été, approchons-nous de la scène et voyons exactement de quoi il retourne

Dans les films futuristes ou de science-fiction, il n’est pas rare de voir des objets ou des personnages flotter dans l’air un peu comme par magie, comme c’est le cas dans les sagas Star Wars (Maître Yoda, Princess Leïa…), Iron Man (Tony Stark s’en sert pour concevoir de nouvelles inventions) ou encore dans Avatar (cartes 3D de la planète Pandora). Cependant, cela n’est pas (encore ?) du domaine du possible, même si les scientifiques continuent de creuser le sujet. En effet, pour réaliser un hologramme, il faut un support sur lequel projeter la lumière afin qu’elle soit visible.

Étymologiquement, le mot hologramme vient du grec «holos» qui signifie «entier» et «gramma» qui renvoie à l’écriture. Il s’agit donc d’une technique qui permet «d’écrire une image en entier», ce que l’on pourrait reformuler par «la capturer en volume». Un hologramme est donc une image inscrite en 3 dimensions sur un support. Et qui dit hologramme dit lumière. Pour comprendre ce lien, revenons sur quelques principes de base. La lumière est, notamment, une onde électromagnétique, c’est-à-dire un rayonnement énergétique qui se propage sous forme d’oscillations simultanées d’un champ électrique et d’un champ magnétique dont les amplitudes varient de façon sinusoïdale au cours du temps. Nos yeux sont capables de détecter l’intensité de l’onde (amplitude, voir encadré p. 15), mais pas les champs qui en sont à l’origine. C’est pour cette raison que les images perçues sont en 2 dimensions. Si notre environnement nous apparaît de façon tridimensionnelle, c’est parce que nous avons 2 yeux. Les informations qu’ils captent permettent une vision en profondeur une fois interprétées par le cerveau. Techniquement, comment est-il alors possible d’enregistrer une image en relief sur un support ? Il fallut attendre l’avènement du laser (1) par le physicien américain Théodore Maiman en 1960 (mais dont le principe de base fût énoncé pour la première fois par Albert Einstein) pour y parvenir.

⁽¹⁾ LASER est l’acronyme de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplification de la lumière par émission stimulée de radiations. Ce dispositif permet de produire un faisceau de lumière directif, intense, cohérent (possédant une différence de phase constante, voir encadré ci-dessous) et quasiment monochromatique (possédant une fréquence unique). Ils sont utilisés dans de nombreux domaines comme la médecine et l’électronique.

Denis Gabor, un ingénieur d’origine hongroise travaillant au Royaume-Uni, découvrit le principe de l’holographie en 1947. Il fallut attendre 1963 pour voir se concrétiser les premiers hologrammes, grâce à l’invention du laser en 1960

Technique d’holographie

Pour créer un hologramme, on utilise une source de lumière cohérente (voir encadré ci-dessous) issue d’un laser et divisée en 2 faisceaux distincts par une fine plaque de matériau transparent appelée lame. L’un des faisceaux éclaire l’objet à holographier après être passé par une lentille divergente qui disperse le faisceau laser. La lumière alors réfléchie par l’objet est dirigée vers une plaque photosensible particulière. Tandis que l’autre faisceau, dit «de référence», est directement dirigé sur cette même plaque sans «toucher» l’objet à holographier (également après passage par une lentille divergente). Lorsque ces 2 ondes – la lumière provenant de l’objet et le faisceau de référence – se rencontrent, elles créent une figure d’interférence (voir encadré ci-dessous) qui est enregistrée sur la plaque photosensible. Elle devra ensuite être développée au sens photographique du terme.

Quand on illumine cette plaque avec une lumière possédant les mêmes caractéristiques que le faisceau de référence utilisé pour créer l’hologramme, l’image tridimensionnelle de l’objet original apparaît, reproduisant la perspective et la profondeur comme si l’objet était réellement présent. L’observateur peut alors voir l’image sous différents angles et avec une perception de profondeur changeante, semblable à celle perçue devant un objet réel. C’est ce qui distingue les hologrammes des photographies traditionnelles bidimensionnelles. Ces dernières capturent uniquement l’intensité lumineuse d’un objet depuis un point de vue spécifique, alors que les hologrammes offrent une perception de la profondeur et du relief grâce à une information cruciale supplémentaire: la phase de l’onde lumineuse (voir encadré ci-dessous).

En pratique, il existe principalement 2 types d’hologrammes qui diffèrent par la manière dont ils peuvent être visualisés: par transmission, dont le processus de production est détaillé ci-avant, et par réflexion, visibles à la lumière ambiante. Cela signifie que n’importe quelle lumière blanche incidente du quotidien permet de voir l’hologramme par réflexion. Pratiques car visibles dans un environnement lumineux, on les retrouve par exemple sur les cartes de crédit comme preuve d’authenticité ou encore dans les œuvres d’art. Les hologrammes par transmission, quant à eux, nécessitent donc une lumière spécifique similaire à celle utilisée pour les créer. Comme leur nom le laisse supposer, la lumière doit les traverser afin que l’image 3D apparaisse. L’objet original semble alors flotter dans l’espace. Ils requièrent donc des conditions particulières pour être visibles et sont plutôt utilisés en recherche ou à dessein purement pédagogique. À noter qu’il est également possible de créer un hologramme en couleur en se dotant de 3 lasers – un rouge, un vert et un bleu – et d’une plaque sensible à ces longueurs d’onde.

Pepper’s Ghost

Nettement plus simple à mettre en œuvre que l’holographie avec laquelle elle est souvent confondue, la technique du Pepper’s Ghost ou Fantôme de Pepper est très répandue dans les arts de la scène et a gagné en notoriété ces dernières années. Son nom provient du scientifique anglais, John Henry Pepper qui, en 1862, a popularisé et amélioré une technique initialement mise au point par l’ingénieur Henry Dircks. Cette méthode, dont les origines remontent en réalité au 16^e siècle et au physicien italien Giambattista della Porta, fait apparaître des figures fantomatiques, qu’il s’agisse d’objets ou de personnages. Contrairement à l’hologramme, il s’agit d’une illusion d’optique créée par la réflexion de la lumière.

Concrètement, l’illusion est réalisée en plaçant sur scène une grande plaque transparente, telle que du verre ou du plexiglas, inclinée à un angle de 45 degrés par rapport au public. Un objet ou un comédien est positionné hors de la vue directe du public, souvent en-dessous ou à côté de la scène, et éclairé spécifiquement pour que son image se reflète sur la plaque transparente. Le public, qui ne peut pas voir directement la source de l’image réfléchie, perçoit soudainement l’objet ou la personne, enveloppé d’une aura spectrale. Cette apparition peut même sembler flotter dans les airs, grâce à cette technique du fantôme de Pepper qui repose sur une utilisation astucieuse de la lumière et des effets de perspective.

Pepper’s Ghost (Fantôme de Pepper) est un tour d’illusion utilisé dans les théâtres, les musées et les parcs d’attractions aux 19^e et 20^e siècles et qui doit son nom à John Henry Pepper (1821-1900) qui a popularisé cet effet lors d’une démonstration à la fin du 19^e siècle.

Créez votre propre fantôme de Pepper !

https://www.centredessciencesontario.ca/science-chez-vous/science-maison/pseudo-hologramme-hante

Tous en scène

Ce procédé qualifié de «fantasmagorique» a évolué depuis son amélioration par Pepper et a donné naissance à différentes techniques basées sur la projection, et non plus seulement sur la réflexion, d’une personne ou d’un objet. Par exemple, pour créer l’illusion que quelqu’un est présent sur scène, une séquence d’images préenregistrées – autrement dit une vidéo – est projetée à taille réelle sur un support tel qu’une vitre ou un fin tissu comme de la tulle. Plus le support est fin, mieux c’est, l’objectif étant qu’il ne soit pas visible pour le spectateur mais qu’il soit suffisamment dense pour capter la lumière projetée. Les images doivent être d’une intensité suffisante (il ne s’agit plus de créer un fantôme lorsqu’on veut donner l’illusion que quelqu’un est bien présent) et de haute résolution afin que le rendu soit crédible. Jean-Luc Mélenchon a d’ailleurs utilisé cette technique innovante au cours de sa campagne de 2017 pour apparaître presque simultanément dans plusieurs villes éloignées de France.

Il est également possible de jouer avec la distance entre le support de projection et le fond de la scène pour renforcer l’illusion et d’ajouter, derrière le support, de vrais musiciens pour accompagner un chanteur qui n’est pas réellement présent. Grâce à cette technique, le quatuor suédois ABBA, qui ne souhaite plus partir en tournée, a pu remonter sur scène sous forme d’avatars pour le spectacle ABBA Voyage, donné en résidence dans l’ABBA Arena spécialement conçue pour l’évènement. Cette méthode a également permis aux fans de la défunte Whitney Houston de la retrouver sur la tournée An Evening With Whitney: The Whitney Houston Hologram Concert. De même, Sylvie Vartan a chanté en duo avec Johnny Hallyday, quelques mois après son décès, lors d’un concert hommage au Grand Rex à Paris. Et ce ne sont là que quelques exemples parmi tant d’autres ! Vous l’aurez compris: le terme «hologramme» utilisé dans ce contexte est techniquement un abus de langage.

Au Japon, cette technique est utilisée pour permettre à Hatsune Miku de donner des concerts. Cette star virtuelle a été créée par Crypton Future Media en 2007. Elle est dotée d’une voix de synthèse et est représentée comme une jeune fille de style manga aux cheveux turquoise. Grâce à VOCALOID, un logiciel de synthèse vocale permettant de créer des chansons, n’importe qui peut composer une mélodie et écrire des paroles qui seront interprétées par Hatsune. On n’arrête pas le progrès…

Il y aurait encore beaucoup à dire au sujet des hologrammes, véritables ou non. En tout cas, il est aisé de faire le lien entre ces illusions scéniques anciennes, les hologrammes et des technologies plus récentes comme la réalité augmentée, qui se développe dans de nombreux secteurs et commence à s’implanter dans notre quotidien. Ces différentes méthodes montrent comment la technologie peut transformer l’art et la communication et mettent en exergue l’incessante quête humaine pour repousser les frontières du réel et les limites de notre expérience sensorielle.

LES ONDES

Pour définir une onde, qui consiste en des oscillations cycliques (série de crêtes et de creux se déplaçant dans l’espace et le temps), 3 propriétés sont essentielles:

· L’amplitude, qui indique la hauteur maximale atteinte lors d’un cycle oscillatoire.

· La fréquence, qui est le nombre d’oscillations complètes effectuées par l’onde en un certain laps de temps, généralement une seconde. Elle est inversement proportionnelle à la longueur d’onde, qui définit la distance entre 2 points identiques successifs dans un cycle oscillatoire.

· La phase, qui définit la position dans l’espace d’un point spécifique dans le cycle de l’onde, par rapport à un point de référence. Elle s’exprime généralement en degrés ou en radians et est probablement le concept le moins intuitif. Elle indique où se trouve exactement un point donné dans son cycle répétitif à l’instant considéré. Des ondes sont dites cohérentes lorsque leur différence de phases est stationnaire, c’est-à-dire constante dans le temps.

La phase peut être utilisée pour décrire comment des ondes qui se rencontrent interagissent et se superposent. Un phénomène d’interférence ne se produit que lorsque les ondes en question sont de même fréquence et cohérentes. Le résultat est une onde de même fréquence que les ondes originales, mais d’amplitude différente. Si les ondes sont en phase (différence de phase = 0°), les crêtes et les creux de chacune coïncident résultant en une amplification des ondes qui se rencontrent: les amplitudes s’additionnent et on parle d’interférence constructive. À l’inverse si les ondes sont en opposition de phase (différence de phase = 180°), les crêtes de l’une coïncident avec les creux de l’autre et l’onde résultante est atténuée: les amplitudes se compensent mutuellement en tout ou en partie et on parle d’interférence destructive. Ces 2 cas sont les extrêmes des possibilités d’interférence. Pour les différences de phase strictement comprises entre 0° et 180°, les cas de figure sont intermédiaires. Il en résulte une combinaison d’interférences constructives et destructives, et l’amplitude de l’onde résultante oscille entre 0 et la somme des amplitudes des ondes interférentes. La figure d’interférence, quant à elle, est le motif qui provient de la superposition de ces ondes bi- ou tridimensionnelles et traduit les variations d’amplitude de l’onde qui en découle.

Pour en savoir plus :

Hélices holographiques
https://www.3demotion.net/helice/

RA :

https://www.photoniques.com/articles/photon/pdf/2016/01/photon201680p30.pdf

https://hypervsn.com/holograms-for-event

Le même principe peut être appliqué dans un caisson fermé sur 3 côtés et équipé d’une vitre inclinée observable depuis le 4e. Il suffit alors de projeter une image sur cette vitre, par exemple depuis le dessus du caisson, et un objet semble “flotter” dans le caisson pour le chaland qui a une vue directe sur la vitre invisible. Plus adapté à la présentation de produits ou de concepts qu’à la scène, cette technique “vitrine” peut être utilisée en boutiques, sur salons, sur évènements… Elle peut également être appliquée à un caisson complètement ouvert et doté de 4 vitres inclinées, une sur chaque côté, donnant une forme pyramidale à la structure vitrée. Les passants peuvent alors voir les images projetées (qui peuvent être animées) où qu’ils soient positionnés par rapport au caisson. Si à l’intérieur du caisson est placé un objet, les projections peuvent venir l’habiller et on parle alors de “vidéo mapping”, comme ces images projetées sur des bâtiments et qui se servent de leur structure pour en faire un véritable show. Derrière cet objet peut également être placé un écran diffusant d’autres images. La vitre est invisible pour le spectateur qui voit les animations sur un objet réel placé lui-même devant d’autres images.

https://vimeo.com/229266736

(Par extension de langage, on appelle ce type de technique un “hologramme vitrine”. Il ne s’agit en fait pas de la technique holographique à proprement parler mais d’un effet basé sur le fantôme de Pepper.)

Techno-Zoom

La proposition de l’entreprise LEVITA n’est pas sans lien avec le thème de cet article. En 2018, 2 Liégeois passionnés de prestidigitation, Clément Kerstenne et Philippe Bougard, mettent au point une «vitrine magique» ou «fenêtre à gravité» appelée Gravity Display dans laquelle les objets lévitent. Il en existe 2 modèles: Plug & Play, version compacte conçue pour un objet unique, facilement transportable et pouvant être placée au mur ou sur un pied, et Bespoke, version plus grande et multi-objet permettant des rotations et mouvements fluides dans les 3 dimensions spatiales. Ils proposent également une solution sur mesure intitulée «The sky is the limit». Leurs displays sont déjà présents dans plus de 20 villes à travers le monde telles que Paris, Singapour, Tokyo ou encore New York. Au cœur de LEVITA ? Une technologie brevetée en 2019, secrètement gardée par les 2 cofondateurs et qui ne repose pas sur l’utilisation d’aimants. Elle serait basée sur un mélange d’électromécanique et de magie !

https://levita-magic.com/

Hologrammes: aux frontières du réel

Technique d’holographie

Pepper’s Ghost

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