Des hologrammes pour raconter la vie des étoiles

Décidés à partager leur passion de l’astronomie, des chercheurs en formation d’amas stellaires ont eu une idée étonnante : employer des hologrammes 3D pour vulgariser les concepts, parfois très pointus, de l’astrophysique. Entre illusions d’optique et vérités scientifiques, ce projet international mêle méthodes passées et recherches les plus actuelles.

Quelle meilleure façon d’expliquer un concept qu’à travers l’image ? Problème : il existe des notions qui s’illustrent plus difficilement que d’autres. C’est la réflexion que s’est faite l’équipe de StarFormMapper (SFM), un projet international regroupant des universités britanniques, allemandes et françaises. Leur objectif est de « saisir les mécanismes de formation des amas d’étoiles massives, comprenant des centaines voire des milliers d’étoiles liées, afin de mieux comprendre l’évolution des galaxies », annonce Anne Buckner, postdoctorante et membre du projet à l’université de Leeds.

Mais au-delà de l’aspect scientifique, les chercheurs veulent partager leurs travaux avec le public, notamment les écoliers pour les intéresser à l’astrophysique. Un but pas si simple à atteindre… « C’est compliqué de parler d’étoiles qui se forment et évoluent ensemble durant des millions d’années, dans un amas situé à des années-lumière de la Terre ». D’où la nécessité de montrer les choses. En général, des images 2D sont présentées au public, qu’elles proviennent d’observations ou de simulations. La limitation est toutefois évidente lorsque l’on discute d’amas stellaires, des objets qui évoluent sur trois dimensions. «  Nous avons évidemment pensé aux casques de réalité virtuelle, mais ils sont chers et peu pratiques dans le cas de larges audiences », explique Anne. Mais la scientifique n’est pas à court d’idées…

Une technique ancienne remise au goût du jour

« Je suis une grande fan de Star Trek. Autant dire que les holodecks (salles qui recréent des environnements virtuels pour s’entraîner ou se divertir) m’ont grandement inspiré dans l’idée d’employer des hologrammes pour expliquer nos recherches ». Dans la célèbre série télévisuelle, les hologrammes sont des objets physiques de lumière projetée maintenue cohérente grâce à la technologie des « champs de force ». « Malheureusement, nous ne maîtrisons pas encore cette technologie », plaisante Anne. Avec son équipe, ils se sont donc tournés vers l’illusion. « Etant aussi fan de spectacles de magie, je connaissais le tour dit du « Fantôme de Pepper ». »

Cette technique d’illusion d’optique doit son nom au directeur d’un établissement public de vulgarisation scientifique, John Henry Pepper qui, non content de l’avoir réellement inventée, l’a perfectionnée et mise en lumière au théâtre dès 1862. Le dispositif est simple puisqu’il fonctionne avec un projecteur, un écran incrusté dans le plancher et une vitre (qui doit rester invisible aux spectateurs) inclinée à 45° sur la scène. Par un jeu de lumières, les reflets des images projetées donnent l’illusion du relief. La technique est encore employée de nos jours ; Jean-Luc Mélenchon s’en est servi lors de la campagne présidentielle de 2017 pour donner un discours politique en simultané à Lyon et à Aubervilliers (en Seine-Saint-Denis). Anne Buckner et ses collègues se sont donc demandé si cette technique était adaptable à l’astronomie. Et surprise ! Ils ont découvert sur le web que des personnes créaient des hologrammes sur leurs smartphones. Pour cela, elles utilisaient uniquement un prisme pyramidal et leur écran de téléphone.

L’art de tromper le cerveau

Diagramme explicatif de l'illusion holographique. Crédit : Anne Buckner

L’équipe de SFM a fait le choix d’employer une pyramide en perspex, un plastique transparent pouvant réfléchir la lumière. Ses principaux avantages sur le verre sont sa légèreté et sa solidité. Le sommet de la pyramide est coupé de manière à pouvoir la poser sur la pointe avec la base vers le haut. Elle est ainsi placée au centre de l’écran, lui-même installé à plat et tourné en direction du plafond. Cet écran diffuse des images ou vidéos 2D au format spécial, c’est-à-dire affichées simultanément quatre fois à 90° les unes des autres. Elles se retrouvent alors toutes réfléchies sur le perspex incliné à 45° avant de rejoindre l’œil du spectateur… et le tour est joué ! Son cerveau interprète les signaux reçus comme provenant d’une image 3D située au centre de la pyramide.

Exemple d'image d'un amas stellaire en format spécial. Crédit : Zeinab Korrami

 Le faux hologramme est criant de réalité ! Un résultat rendu possible grâce à la combinaison de données observationnelles – provenant des missions spatiales Gaia et Herschel de l’Agence spatiale européenne (ESA) – et théoriques. A l’université de Cardiff, partenaire du projet, le Dr Zeinab Korrami a utilisé ces données pour réaliser des simulations de la formation et de l’évolution des amas d’étoiles massives. « Nous récupérons ensuite les vidéos 2D standard pour en faire des hologrammes 3D », ajoute Anne.

Illusion holographique d'un amas stellaire. Crédit : Royal Astronomical Society

Un atout majeur pour la vulgarisation

L’équipe de SFM possède deux « machines » holographiques. « Une grande – 65 pouces - pour les événements se déroulant sur le campus de l’université de Leeds, et une plus petite – 32 pouces - pour ceux ayant lieu à l’extérieur », précise Anne. Des « machines » que l’équipe n’aurait pas eues sans le financement sur deux ans du Prix offert par la STFC (Science & Technology Facilities Council) dans le cadre de leur engagement envers le public. « Cela nous a permis d’acheter l’équipement, de construire la pyramide en perspex et de réaliser les vidéos en format spécial », note Anne.

Le projet est désormais pleinement opérationnel. « Nous avons créé un atelier scolaire d’une heure racontant l’histoire d’étoiles massives et d’amas stellaires en formation en associant des diaporamas avec nos hologrammes». L’idée étant aussi d’expliquer le fonctionnement de ces derniers aux élèves. « Nous leur apprenons à réaliser leur propre mini-pyramide en perspex pour leur smartphone, à ramener chez eux ». Les chercheurs travaillent actuellement sur une application permettant de retrouver de chez soi les hologrammes présentés dans les classes. En attendant, « nous continuons d’aller dans les écoles et de proposer notre atelier à des élèves de 11 à 16 ans. Sans oublier les conférences nationales, festivals et autres types d’événements », conclut Anne.

 

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