Il existe un vide dans le spectre électromagnétique que les ingénieurs peinent à conquérir.
Ce spectre englobe tout, des ondes radio et micro-ondes à la lumière visible, en passant par les rayons X et gamma. Les humains ont maîtrisé l'émission et la réception de la plupart d'entre elles.
Une exception notable persiste cependant : entre la lumière visible et les ondes radio, une zone morte où notre technologie reste inefficace, connue sous le nom d'écart térahertz. Depuis des décennies, aucun appareil grand public n'a réussi à transmettre ces ondes de manière fiable.
"Il existe une longue liste d'applications potentielles", explique Qing Hu, ingénieur électricien au MIT.
Mais des chercheurs progressent. Leur succès pourrait ouvrir la voie à des technologies novatrices, comme un successeur du Wi-Fi ou un système de détection avancé du cancer de la peau.
Considérez l'écart térahertz comme une frontière : à gauche, micro-ondes et ondes radio longues ; à droite, infrarouge (parfois appelé "infrarouge lointain"). Nos yeux ne perçoivent pas l'infrarouge, mais technologiquement, il se comporte comme la lumière.
Les ondes radio sont essentielles aux communications entre appareils électroniques, omniprésentes dans notre électronique moderne. La lumière alimente les fibres optiques d'Internet. Ces technologies, basées sur des longueurs d'onde distinctes, coexistent avec difficulté.
Ces deux domaines butent sur la zone térahertz. Les puces en silicium ne pulsent pas assez vite pour générer ces ondes. Les lasers, efficaces en infrarouge, échouent également. De plus, les ondes térahertz s'atténuent rapidement dans l'atmosphère terrestre, absorbées par la vapeur d'eau après quelques dizaines de mètres.
Quelques longueurs d'onde térahertz traversent la vapeur d'eau. Les astronomes exploitent ces bandes pour observer la poussière interstellaire via des télescopes installés dans des sites secs comme le désert d'Atacama ou en orbite spatiale.
Le reste de l'espace térahertz demeure brumeux. Des chercheurs comme Hu tentent de le percer, mais la tâche est ardue.
Pour exploiter les ondes térahertz, l'électronique affronte un défi fondamental : les puces doivent pulser à des milliards de cycles par seconde (1 térahertz). Les puces de smartphones ou ordinateurs gèrent des gigahertz, mais pas les térahertz. Les prototypes expérimentaux coûtent une fortune, équivalente à une voiture de luxe. Les ingénieurs œuvrent à les démocratiser.
Du côté optique, les lasers visant les térahertz existent depuis les années 1980, mais restaient théoriques. Qing Hu du MIT s'est lancé dans cette quête sans expertise initiale.
En 1994, l'invention du laser à cascade quantique, idéal pour l'infrarouge, a ouvert des perspectives. En 2002, Hu et son équipe ont produit un laser térahertz, mais nécessitant -208°C (-343°F) et azote liquide, limitant son usage aux laboratoires.
Depuis, les progrès ont permis des températures plus clémentes : les derniers lasers de Hu fonctionnent à -14°C (8°F), refroidissables par réfrigérateur portable. En 2019, une collaboration Harvard-MIT-Armée US a créé un laser compact de la taille d'une boîte à chaussures modulable.
Parallèlement, l'électronique avance : puces plus rapides grâce à de nouveaux matériaux. Une puce nanoplasma suisse de 2020 émet 600 milliwatts en laboratoire. Concevoir des composants térahertz n'est plus un rêve lointain.
"Nous pouvons créer des systèmes complexes sur puce", note Ruonan Han, ingénieur au MIT. "Le paysage change."
"En trente ans, des avancées bilatérales ont eu lieu", ajoute Mark Sherwin, physicien à l'UC Santa Barbara. "C'est plus accessible."
Ces cycles de plusieurs décennies sont typiques des technologies émergentes, au-delà du battage médiatique.
Les deux approches restent séparées, mais offrent déjà de nouvelles capacités multidisciplinaires.
En communication, les térahertz surpassent les micro-ondes du Wi-Fi pour des connexions plus rapides. En filaire, ils pourraient hybrider USB et fibre optique.
Idéales pour la détection moléculaire – chaque molécule ayant une "empreinte" térahertz –, elles détectent explosifs, médicaments ou poussières cosmiques. Han imagine un "nez électronique" olfactif.
Pour le scanning, elles traversent vêtements sans ionisation (contrairement aux rayons X), intéressantes pour la sécurité. Incapables de percer l'eau, elles excellent en dermatologie (cancer de la peau) ou neurosciences.
Plus près de la Terre, Han envisage un "nez électronique" térahertz qui pourrait même discerner les odeurs dans l'air.
"Si nous développons des outils rapides et efficaces, cela incitera les praticiens", prédit Hu. "C'est une question ouverte."
L'écart térahertz reste largement inexploré, limitant l'équipement courant.
"Les chercheurs manquent d'opportunités pour tester ces ondes", conclut Han. Le potentiel le plus rapide du spectre demeure imaginatif.
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