L’appareil photo dans votre poche vient de l’espace. L’origine méconnue du capteur CMOS | Knowledge #446

Lorsque vous capturez un coucher de soleil ou un instant du quotidien, la technologie que vous tenez dans la main a été développée pour l’exploration spatiale. Aujourd’hui, le « capteur CMOS à pixels actifs (APS) », véritable cœur des smartphones et appareils photo hybrides, est produit à près de 7 milliards d’unités par an. Surnommée « camera-on-a-chip », cette technologie a vu le jour au début des années 1990 au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA.

En 1992, le Dr Eric Fossum reçoit de la NASA la mission de miniaturiser les caméras pour les voyages interplanétaires. À cette époque, les appareils photo numériques utilisaient principalement des capteurs CCD, mais ceux-ci consommaient beaucoup d’énergie et étaient encombrants, ce qui posait de sérieux défis dans l’espace où les ressources sont limitées.

L’innovation du Dr Fossum a consisté à appliquer la technique du « transfert de charge intra-pixel avec double échantillonnage corrélé », utilisée dans les CCD, à la technologie CMOS. À l’époque, les capteurs CMOS étaient réputés pour leur bruit élevé, mais en mesurant la lumière deux fois et en soustrayant la différence, ce défaut a été considérablement atténué.

Le capteur à pixels actifs ainsi créé a offert trois avantages décisifs à la NASA :

• Basse consommation énergétique : Fonctionnement avec une consommation bien inférieure à celle des CCD.
• Résistance aux radiations : Conception adaptée aux fortes radiations de l’espace.
• Miniaturisation : Intégration de l’ensemble du système sur une seule puce, pour plus de rapidité et de compacité.

Au départ, la NASA a adopté cette technologie avec prudence, mais le Dr Fossum était convaincu de son utilité non seulement pour l’espace, mais aussi sur Terre. Après des applications dans l’endoscopie médicale par capsule et les capteurs embarqués dans l’automobile, elle a finalement trouvé son « killer app » avec les téléphones portables.

En 2026, cette technologie issue de la NASA poursuit son évolution. L’équipe de recherche du Rochester Institute of Technology (RIT) développe le « capteur CMOS à photon unique (SPSCMOS) ». D’une sensibilité extrême, il peut détecter et discriminer chaque photon, et s’annonce comme une technologie clé pour la future mission Habitable Worlds Observatory (HWO).

En refroidissant le capteur jusqu’à 250 K, le « courant d’obscurité » est réduit à l’extrême, jusqu’à un électron en 30 minutes. Cette précision permet enfin de détecter dans l’atmosphère d’exoplanètes lointaines des biosignatures — tels que l’oxygène ou le méthane —, indices de la présence de vie.

Pour l’impact majeur de cette invention sur le monde, le Dr Eric Fossum a reçu en 2026 le prix Charles Stark Draper. Ce défi, né du désir de capturer les confins de l’univers, est devenu l’outil le plus proche de notre quotidien, rapprochant à chaque instant l’humanité de la réponse à la question universelle : « Sommes-nous seuls dans l’univers ? »