Imaginez un écran de smartphone qui, en plus d’afficher des images, serait capable de capter la lumière comme une caméra, sans encoche ni trou disgracieux. C’est la prouesse qu’ont réalisée des chercheurs suisses de l’ETH Zurich, qui viennent de révolutionner le concept même de pixel avec une innovation aussi simple qu’audacieuse : un pixel qui voit et s’affiche simultanément. Une avancée qui pourrait bien enterrer définitivement les notches et autres capteurs cachés sous la dalle, tout en ouvrant la voie à des écrans aux fonctionnalités inédites.

Depuis des années, l’industrie des smartphones se débat avec un casse-tête insoluble : comment intégrer une caméra frontale sans sacrifier l’espace d’affichage ? Les solutions successives – encoche, poinçon, capteurs sous l’écran – n’ont fait que reporter le problème, au prix d’une qualité d’image dégradée et d’un design compromis. Mais une équipe de l’ETH Zurich, dirigée par le professeur David Norris, propose une rupture technologique radicale : des pixels capables d’émettre et de capter la lumière, rendant superflus les objectifs rapportés ou les trous dans l’écran. Leur invention, baptisée « pixel de Fourier », pourrait bien marquer la fin d’une ère… et le début d’une nouvelle.

Un pixel qui défie les lois de l’électronique traditionnelle

Jusqu’à présent, l’électronique reposait sur une règle immuable : les pixels d’affichage et les capteurs d’image étaient deux composants distincts, aux fonctions irréconciliables. Les premiers transformaient l’électricité en lumière, les seconds convertissaient la lumière en signal électrique. Mais les chercheurs suisses ont bouleversé ce dogme en concevant un pixel bidirectionnel, capable d’accomplir les deux tâches simultanément. Leur secret ? L’exploitation des propriétés des plasmons, ces ondes de surface générées par la lumière sur une fine couche de métal.

Concrètement, leur système repose sur une analyse mathématique révolutionnaire : le principe de Fourier, qui décompose un signal en une somme d’ondes simples. En gravant des motifs nanométriques à la surface d’une puce, les chercheurs ont réussi à contrôler la phase, la polarisation et l’intensité de la lumière reçue et émise. Résultat : un seul pixel peut désormais mesurer la lumière ambiante tout en l’affichant, sans aucun composant supplémentaire. Pour le démontrer, l’équipe a reconstitué la lettre « E » d’environ un millimètre de haut, directement lu par le dispositif, prouvant ainsi la faisabilité du concept.

Des applications qui dépassent le simple selfie

Si l’idée de remplacer les encoche par des écrans-caméras est déjà révolutionnaire, les implications de cette technologie vont bien au-delà. Les chercheurs évoquent des écrans capables de filmer et d’afficher en temps réel, des hologrammes interactifs, ou encore des systèmes de communication par la lumière (Li-Fi) intégrés directement aux dalles. Imaginez un smartphone dont l’écran reconnaît votre visage pour déverrouiller l’appareil, tout en affichant une vidéo en 8K. Ou un téléviseur qui s’adapte à l’éclairage ambiant pour optimiser la consommation d’énergie.

Autre piste prometteuse : la photographie computationnelle. Grâce à la maîtrise du front d’onde, ces pixels pourraient capturer des images bien plus fines que les capteurs classiques, en analysant non seulement l’intensité lumineuse, mais aussi sa phase et sa polarisation. Une avancée qui pourrait révolutionner la médecine (imagerie médicale), l’astronomie (télescopes compacts), ou même la réalité augmentée (environnements 3D interactifs). Les chercheurs ont d’ailleurs déjà démontré leur capacité à façonner des faisceaux lumineux en forme de beignet, percés en leur centre – une preuve de leur contrôle sur la forme de l’onde.

Pourquoi cette innovation est-elle si disruptive ?

Contrairement à des tentatives précédentes, comme les nanobâtonnets américains capables d’afficher et de détecter la lumière (mais uniquement en termes d’intensité), les pixels de Fourier suisses vont plus loin. Ils pilotent le front d’onde entier, offrant une précision et une flexibilité inégalées. Cette approche ouvre la porte à des écrans auto-adaptatifs, capables de s’ajuster en temps réel à leur environnement, ou à des interfaces homme-machine bien plus intuitives.

De plus, cette technologie pourrait simplifier considérablement la fabrication des écrans. Plus besoin de superposer des couches de capteurs et de pixels : un seul composant remplirait les deux fonctions. Cela réduirait les coûts de production, augmenterait la fiabilité, et permettrait des designs plus épurés. Enfin, en intégrant des fonctionnalités de caméra directement dans l’écran, les constructeurs pourraient enfin supprimer les compromis esthétiques qui ont marqué la dernière décennie de smartphones.

Quelles limites et quel avenir pour cette technologie ?

Malgré son potentiel, cette innovation en est encore à ses débuts. Les chercheurs suisses ont démontré le principe à l’échelle nanométrique, mais il reste à scaler le concept pour une production industrielle. Plusieurs défis techniques devront être relevés : la vitesse de traitement des données, la consommation énergétique, ou encore la résolution des images capturées. De plus, l’intégration de ces pixels dans des écrans grand public nécessitera des partenariats avec les géants du secteur (Samsung, Apple, etc.), qui devront adapter leurs chaînes de production.

Pourtant, les perspectives sont si prometteuses que David Norris, le directeur du laboratoire, évoque déjà des applications en calcul quantique. En effet, la maîtrise des plasmons et des ondes lumineuses pourrait ouvrir la voie à des ordinateurs optiques, bien plus rapides et moins gourmands en énergie que les processeurs actuels. Si ces pixels deviennent une réalité commerciale, nous pourrions assister à une révolution comparable à celle des écrans OLED il y a vingt ans.