Les lunettes de vision nocturne réduisent le monde au vert. Ce n’est pas que la lumière infrarouge manque d’informations de couleur, c’est que les appareils classiques jettent ces informations, convertissant tout en nuances de luminosité. Une équipe de l’Institut de technologie de Pékin, dirigée par Xin Tang et Ge Mu, a construit un dispositif qui conserve ces informations et les transforme en couleurs complètes, non pas grâce à une caméra ou à un processeur d’images, mais grâce à une barrière d’énergie physique à l’intérieur même du détecteur. Le résultat, décrit dans Science Advances le 29 juillet 2026, est une lunette qui restitue les scènes infrarouges en teintes et dont la lumière upconvertie peut même activer des cellules visuelles vivantes.
La vision commence lorsqu’un photon frappe un pigment sensible à la lumière dans la rétine et le force à changer de forme, une étape qui exige une énergie photonique minimale d’environ 1,6 électron-volt. Les photons infrarouges, dont les longueurs d’onde dépassent 700 nanomètres, transportent moins que cela, ce qui explique pourquoi ils nous sont invisibles. Plus de la moitié de l’énergie rayonnante du Soleil échappe ainsi à la perception humaine, ainsi que tout ce qui émet ou réfléchit la chaleur. Les dispositifs de vision nocturne existants captent une partie de cette lumière invisible, mais ils la restituent via un photodétecteur relié à un écran visible, qui code uniquement la quantité de lumière reçue. Un objet plus chaud brille un peu plus, un objet plus froid un peu moins, le tout dans la même teinte verdâtre. L’œil humain est pourtant bien meilleur pour distinguer des différences subtiles de teinte que de luminosité, si bien que l’approche monochrome laisse l’essentiel de la sensibilité de l’œil inutilisée.
Le détecteur de l’équipe de Pékin résout le problème en rendant la longueur d’onde elle-même sélectionnable. Sa couche sensible est faite de points quantiques colloïdaux de tellurure de mercure, des cristaux d’environ 4 nanomètres de diamètre, si petits que le confinement quantique découpe leurs niveaux d’énergie en paliers discrets. Dans les semiconducteurs massifs, les bandes d’énergie sont continues et chaque photon infrarouge produit à peu près la même réponse. Dans un point quantique, les photons de longueurs d’onde différentes excitent des transitions électroniques différentes : les longueurs d’onde les plus longues testées par l’équipe, autour de 2 micromètres, transportent juste assez d’énergie pour faire franchir le gap fondamental à un électron, tandis que les longueurs d’onde infrarouges plus courtes ouvrent des transitions supplémentaires de plus haute énergie, et une lumière intense peut même libérer plus d’une paire électron-trou par photon. Résultat : le nombre de porteurs de charge qui quittent la couche de points quantiques code à la fois la longueur d’onde et l’intensité de la lumière reçue.
C’est en convertissant ce nombre de porteurs en couleur que la physique fait le codage. Le dispositif empile deux couches émissives sur le trajet des trous : une couche de phosphore émettant en rouge près du détecteur et une couche émettant en cyan au-delà, séparées par une barrière d’énergie de 0,82 électron-volt. Lorsque peu de trous arrivent, en provenance d’une lumière faible ou de grande longueur d’onde, ils sont tous captés par la couche rouge et le dispositif brille en rouge. Quand le flux de porteurs augmente, les sites de piégeage de l’émetteur rouge saturent et les trous commencent à franchir la barrière vers la couche cyan, si bien que les deux émissions se mélangent et que la couleur perçue se déplace. Comme ce déplacement est lié au nombre de porteurs et non à une table de correspondance, la couleur de sortie code simultanément la longueur d’onde et l’intensité. L’article fait état d’une efficacité d’upconversion photon à photon de 3,85 %, d’une luminance supérieure à 700 candelas par mètre carré et de la capacité à distinguer des différences de puissance infrarouge plus de deux ordres de grandeur plus fines qu’une conception à une seule couleur.
L’équipe a démontré l’approche sous une forme portable : une lunette semi-transparente de 23 grammes offrant une surface de visualisation active de 3,57 centimètres carrés. Éclairée en infrarouge à ondes courtes, elle projetait des images nettes et codées en couleur de motifs de test et d’objets en mouvement qu’une caméra standard pouvait capturer, tandis que la lumière visible ordinaire continuait de traverser l’empilement semi-transparent. En principe, le même dispositif pourrait alterner entre un mode de réalité augmentée, superposant les informations infrarouges à la vision normale, et un mode immersif exclusivement infrarouge. L’affirmation la plus ambitieuse est d’ordre biologique. Les chercheurs ont lié les upconvertisseurs à des cellules produisant de la channelrhodopsin-2, une protéine sensible à la lumière utilisée pour rendre les neurones réactifs à la lumière bleue, et l’éclairage infrarouge a déclenché des photocourants dans ces cellules. Des impulsions infrarouges délivrées à travers le dispositif ont produit des réponses claires à l’électroencéphalogramme chez des souris et des réponses claires à l’électrorétinogramme chez des volontaires humains ; les mêmes impulsions, sans upconvertisseur, n’ont produit aucune réponse mesurable. La lumière infrarouge upconvertie peut donc entrer dans la voie visuelle biologique.
L’article s’inscrit dans une vague de tentatives visant à étendre la vision humaine à l’infrarouge. L’an dernier, des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont présenté des lentilles de contact à upconversion permettant à des volontaires de distinguer des motifs en proche infrarouge, y compris en couleurs. Le dispositif de Pékin diffère sur deux points : c’est un écran monté sur des lunettes plutôt qu’une lentille intraoculaire, et son mécanisme de couleur est entièrement physique, issu de la barrière plutôt que d’une ingénierie spectrale des phosphores. Les auteurs décrivent ces travaux comme dépassant le paradigme monochrome de la vision infrarouge.
Des réserves séparent la démonstration d’un produit. Tous les tests se sont déroulés dans des conditions contrôlées, avec une source de corps noir calibrée et des motifs à fort contraste, et non dans le fouillis infrarouge d’une vraie rue la nuit. Le côté OLED nécessite une alimentation externe, ce qui rapproche la lunette d’un petit écran alimenté plutôt que d’une lentille passive. Et le tellurure de mercure est un composé de métal lourd : l’article ne dit rien d’un contact cutané prolongé, et la prothèse rétinienne implantable que les auteurs évoquent se heurterait à des questions de biocompatibilité auxquelles des neurones isolés en boîte de culture et des lectures EEG externes ne peuvent répondre. La démonstration selon laquelle la lumière upconvertie peut entraîner une véritable vision est authentique ; le chemin qui mène de là à des lunettes infrarouges en couleurs passe par l’alimentation, les scènes réelles et la toxicité, dans cet ordre.
Références
Chengchang Fu, Jintao Zou, Xiaoxue Yang, Qun Hao, Xin Tang, and Ge Mu, Multispectral infrared-to-full-color upconversion expanding human vision. Science Advances 12, eaed0245 (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed0245.
Jacek Krywko, Researchers devise a full-color night vision goggle. Ars Technica, 31 July 2026.
Near-infrared spatiotemporal color vision in humans enabled by upconversion contact lenses. Cell 188(13), 3375-3388 (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.019.
Traduit par Lydie