Prix de l'inventeur européen

Les lentilles deviennent liquides

Bruno Berge, inventor of the liquid lens

Bruno Berge, inventeur de la lentille liquide

Même un enfant sait que l'huile et l'eau ne se mélangent pas, mais désormais les deux substances peuvent être combinées pour prendre des photos. La lentille liquide, un dispositif optique révolutionnaire, a été inventée et brevetée par le physicien et entrepreneur Bruno Berge. Cette lentille innovatrice permet de réaliser des appareils optiques de meilleure qualité, plus petits et moins onéreux. Elle est déjà utilisée dans une large gamme de produits, notamment des lecteurs (de codes barres ou de passeport) et des caméras industrielles.

Liquid lens

Un scientifique devenu entrepreneur

Il faut le regard avisé d'un inventeur pour voir le potentiel commercial dans le comportement d'un goûte d'eau stimulée par le courant électrique. La vision de Bruno Berge lui a permis de passer du rôle de scientifique accompli à celui d'entrepreneur à succès.

M. Berge a débuté sa carrière scientifique à l'Université de Grenoble, France, où il a obtenu son doctorat en physique. Après deux années de recherche post-doctorale à l'université de Chicago, il est retourné à Grenoble en 1991, entamant des recherches sur les interfaces liquides - le comportement de liquides qui ne peuvent pas se mélanger - au Centre national de la recherche scientifique (CNRS).

Pendant son temps libre, M. Berge a poursuivi ses propres recherches et expériences, se retrouvant confronté à un phénomène découvert au tournant du 20e siècle par son compatriote et homologue Gabriel Lippmann, prix Nobel de physique de 1908 pour l'invention de la photo couleur.

Le scientifique s'est fasciné pour un sujet de recherche de Lippmann: les modifications de formes induites par des décharges électriques appliquées sur un liquide reposant sur une surface conductrice. Ce phénomène est appelé "électromouillage".

"Au début, je ne pensais pas à une application concrète, mais je voyais le potentiel de la technologie. Il fallait juste savoir dans quel domaine l'utiliser".

Changement de forme

Selon M. Berge, changer la forme d'un liquide doit aussi changer la façon dont il réfracte la lumière, le transformant en lentille. A l'instar d'une goûte d'eau servant de loupe, deux liquides non-miscibles peuvent être utilisés comme une lentille en fonction de l'incurvation des surfaces. Comme l'incurvation peut être modifiée avec un courant électrique, ils peuvent servir à capturer une image et à focaliser.

Grâce à une bourse de recherche, M. Berge a été en mesure de développer le prototype d'une lentille liquide changeant de focale lorsque qu'un courant de faible intensité est appliqué.

"Au début, je ne pensais pas à une application concrète, mais je voyais le potentiel de la technologie. Il fallait juste savoir dans quel domaine l'utiliser", se souvient-il.

Vers la fondation de sa propre société

Encouragé par le succès de son premier prototype, M. Berge a d'abord contacté le fabricant de caméras Canon. Lorsque la société a décliné son offre, il a décidé de faire route seul au lieu de chercher une entreprise intéressée par son invention.

Grâce à des subventions publiques, notamment par l'intermédiaire de la société de transfert et de commercialisation des technologies innovantes et filiale du CNRS France Innovation Scientifique et Transfert SA, ainsi que grâce à des fonds d'investissements français et internationaux, M. Berge a fondé en 2002 la société Varioptic. L'objectif était de commercialiser sa technologie de lentille liquide.

Le scientifique alors devenu entrepreneur a renoncé à son poste de professeur de physique à l'Ecole Normale Supérieure de Lyon pour se concentrer sur les enjeux liés au fonctionnement d'une entreprise. Pendant un an et demi, il a occupé le poste de directeur général de la start-up, avant de passer les rênes à Etienne Paillard, afin de se concentrer à nouveau sur la recherche et le développement de sa jeune invention, en tant que directeur de la technologie. Actuellement, il occupe toujours ce poste. 

La technologie de Varioptic se retrouve aujourd'hui dans de nombreux appareils, dont des lecteurs d'identités et des caméras industrielles. La technologie est loin d'être limitées aux caméras et peut être utilisée pour des endoscopes, des lasers et des appareils ophtalmologiques.

Son avenir s'annonce également radieux dans le gigantesque marché des téléphones portables.

Liquide et ultra-léger

La technologie de lentille recèle de nombreux avantages par rapport aux lentilles traditionnelles. A l'opposé d'une lentille classique, qui a besoin de réglages mécaniques pour focaliser ou agrandir l'image, une lentille liquide ne contient aucune élément mobile. Sa consommation d'électricité ne représente qu'une infime fraction des appareils classiques.

Cette particularité est de toute importance pour les appareils mobiles, où la durée de vie des batteries représente un atout majeur. La petite taille de la lentille liquide offre un autre avantage essentiel. Etant 85% plus petite qu'une lentille classique, elle est idéale pour une utilisation dans des appareils mobiles et optiques où la taille et le poids sont essentiels.

"Les lentilles liquides sont jusqu'à 85% plus petites que des lentilles de caméras avec des performances comparables".

Résistance aux chocs

La lentille de Varioptic a démontré qu'elle était en mesure de focaliser plus rapidement qu'une lentille classique solide, puisque les seuls liquides qu'elle contient sont manipulés. L'absence de pièces mécaniques permet aussi de supporter des chutes fréquentes et des chocs auxquels sont soumis les appareils mobiles. Leur solidité en fait un atout pour les caméras industrielles, qui doivent satisfaire à des critères bien plus stricts que les produits de grande consommation.

Une caméra industrielle, installée pour scanner des articles sur un tapis roulant, est utilisée en permanence. Avec un dispositif de focalisation mécanique, ces appareils ont habituellement une durée de vie jusqu'à 2 millions de cycles de focalisation avant de devoir être réparés ou remplacés.

La technologie de lentille liquide peut facilement effectuer plus de 100 millions de cycles sans perte de performance.

Un œil pour le succès

Les fabricants d'appareils optiques viennent tout juste de réaliser le vaste potentiel des lentilles liquides. Le spécialiste des systèmes et capteurs de vision Cognex, une société cotée au Nasdaq, a été l'un des premiers à adopter cette technologie.

Cognex a équipé de lentilles liquides ses lecteurs d'identité portatifs et fixes, après la conclusion d'un accord entre les deux sociétés en janvier 2010. En novembre 2012, Lattice Semiconductor Corporation a divulgué un nouveau kit de développement pour les fabricants de caméras vidéos équipées de la technologie de lentille liquide de Varioptic.

Varioptic a été racheté en mai 2011 par Parrot SA. Varioptic devrait atteindre le seuil de rentabilité au niveau opérationnel en 2013 et réaliser un chiffre d'affaires de 3 millions d'euros en 2014. Optilux , une société indépendante a été parallèlement créée aux Etats-Unis. Fondée par l'ancien directeur général de Varioptic, Hamid Farzaneh, Optilux détient les droits mondiaux exclusifs pour apporter la technologie de lentille liquide aux smartphones et tablettes. Varioptic va continuer à se concentrer sur des applications industrielles, tandis qu'Optilux va s'efforcer de pénétrer le marché gigantesque des appareils mobiles.


Comment ça marche

Pour créer une lentille liquide, une goûte d'huile quasiment sphérique est placée dans une cellule de verre hermétique remplie d'eau ou un liquide similaire ne se mélangeant pas à l'huile. Les deux liquides sont scellés et tiennent dans un revêtement métallique d'un diamètre inférieur à 10 mm.

En appliquant seulement quelques milliwatts d'électricité - l'électromouillage - la forme de la goûte d'huile change en l'espace d'un centième de seconde. Le changement de l'interface, ou frontière, entre l'huile et l'eau change la distance focale de la lentille. La variation du courant permet d'ajuster la distance focale.

Varioptic a poursuivi le développement de la technologie de lentille liquide et a augmenté le nombre d'électrodes autour de la cellule. Une lentille à quatre ou huit électrodes est désormais disponible. Cela permet un meilleur contrôle du liquide et donc une stabilisation, afin d'agir contre le floutage provoqué par le tremblement de la main du photographe. Le plus grand nombre d'électrodes permet aussi la réalisation d'opération visuelles plus complexes nécessaires à des instruments optiques comme des appareils ophtalmologiques, des lasers et des microscopes.

The world's first hand-held lens

La première lentille portable au monde

Les lentilles ont été utilisées comme loupes et instruments optiques depuis des siècles. La lentille optique la plus ancienne serait la "lentille de Nimrud", un morceau de cristal remontant à 750 av. J.-C. découvert en Assyrie, aujourd'hui l'Irak.

Le cristal de forme ovale a un grossissement 3X et aurait pu être utilisé par des artisans pour réaliser des gravures complexes. D'autre spécialistes pensent qu'elle aurait servi à des observations astronomiques ou alors comme simple objet décoratif.

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