Les capteurs, c’est le cœur de la technologie photo numérique, mais on finit par ne plus y comprendre grand-chose au fil des descriptions. Il est donc temps de faire le point, surtout au moment où le 24 x 36 fait un retour remarqué.

Si les capteurs ont largement changé nos vies de photographes, force est de reconnaître qu’ils ont un peu brouillé les pistes! Entre leurs tailles, les technologies employées, les différents formats de fichiers et les équivalences de focales par rapport au 24 x 36, beaucoup d’amateurs finissent par y perdre leur latin. Un petit recours au bon vieux «fiat lux» s’impose, pour que lumière se fasse sur ces puces photosensibles aux possibilités multiples !

Au commencement était le silicium, «sable» monocristallin ultra-pur, qui a la particularité de produire des charges électriques lorsqu’il est bombardé de photons, surtout s’il est soigneusement dopé (arsenic, antimoine…). Le monocristal est découpé en rondelles qu’on appelle wafer («gaufrette»). Leur surface est préparée par épitaxie (la gaufrette de silicium sert de substrat à la croissance provoquée de nouvelles couches spécialisées), puis photolithogravée au laser UV pour créer les éléments composant les capteurs (le procédé sert aussi à faire des mémoires ou des processeurs). Tout cela demande du temps, des technologies de très haut niveau, des salles «blanches» presque totalement dépoussiérées, et génère beaucoup de ratés (une poussière, et le capteur est inutilisable); d’où le coût élevé des éléments sensibles performants.
Deux principes de capteurs sont répandus de nos jours: le CCD à transfert de charge (le capteur transfère la charge de photosite en photosite par colonne, avant traitement à la sortie) et le Cmos (chaque photosite est indépendant et possède son propre étage de pré-amplification). Dans les deux cas, la capture de lumière est purement analogique, et le signal est numérisé (conversion A/N) à la sortie du capteur. La tendance actuelle est plutôt au Cmos pour les capteurs de reflex haut de gamme, alors que le CCD reste courant sur les minuscules capteurs des compacts, sur les reflex amateurs et les dos numériques pros. On obtient d’ailleurs d’excellents résultats avec les deux technologies.

Dans la plupart des cas, les photosites sont recouverts par un réseau de filtres RVB, appelé mosaïque de Bayer. Une interpolation est ensuite nécessaire pour retrouver l’intégralité des couleurs en partant des informations collectées sous cette mosaïque. Le seul vrai capteur couleur est celui fabriqué par Foveon pour les appareils Sigma (trois couches superposées sensibles au rouge, au vert et au bleu, comme pour un film): tous les autres sont noir et blanc, et recréent les couleurs via la fameuse mosaïque.
Dans de nombreux cas, un réseau de microlentilles est chargé de concentrer la lumière sur la zone sensible du photosite, qui est en réalité beaucoup plus petite que celui-ci. Il permet de réduire l’amplification du signal, toujours source de parasites. Un filtre anti-aliasing est ajouté à l’ensemble. Il provoque un flou volontaire, chargé de supprimer la pixelisation des sujets très fins, comme les fils électriques sur fond de ciel par exemple. La netteté perdue est ensuite retrouvée par renforcement logiciel de l’image. Ce filtre assure aussi la «coupure» du rayonnement infrarouge, auquel tous les capteurs sont très sensibles. D’ailleurs, ils le restent un peu, car les photos riches en infrarouge (braises, éruptions volcaniques) présentent des couleurs inhabituelles (forte présente du magenta) par rapport aux films.
Sur de nombreux appareils, ce sandwich de filtre, mosaïque et microlentilles intègre en outre un filtre antipoussière auquel sont appliquées des vibrations très hautes fréquences, pour détacher les impuretés de sa surface. Autant dire qu’un capteur est un élément très complexe à réaliser, même avec de gros moyens industriels!

Sandwich complexe
Filtre antipoussière, filtre passe-bas, réseau de lentilles, mosaïque de Bayer: un capteur est recouvert de nombreuses couches assurant son bon fonctionnement dans les conditions standard!

Sus à la poussière !
À droite, le système antipoussière Piezo, qui génère un train d’ondes très hautes fréquences (4 différentes sur un Nikon) chargé de déloger les particules de la surface du filtre.