Photographie à grande vitesse

Bien qu’elle soit devenue monnaie courante maintenant, la photographie moderne est encore une invention plutôt nouvelle. Depuis son invention dans les années 1830, la photographie a connu un certain nombre de développements et de progrès importants. L’une de ces avancées majeures a été le développement de caméras à grande vitesse. Ces caméras permettaient aux photographes de capturer et de créer une ventilation image par image d’événements ou d’occurrences trop rapide pour que l’œil humain puisse les discerner.

Histoire des caméras à grande vitesse

La première percée majeure avec les caméras à grande vitesse remonte à 1878. Eadweard Muybridge, un expatrié et photographe britannique vivant en Californie, a été chargé d’utiliser des photographies pour déterminer si un cheval a soulevé les quatre sabots du sol au galop. À l’aide de vingt-quatre caméras fixées à un système de déclenchement dicté par le chemin de galop du cheval, il a capturé une séquence de mouvements à grande vitesse prouvant que les chevaux soulèvent les quatre sabots du sol au galop.

Huit ans plus tard, en 1886, le physicien autrichien Peter Salcher a capturé la première image d’une balle supersonique. Le professeur de physique et philosophe autrichien Ernest Mach a utilisé la photographie de Salcher, « Bullet in Flight », dans ses études sur le mouvement supersonique. Le travail instrumental de Mach en mouvement supersonique est la raison pour laquelle la vitesse du son porte son nom de famille.

 Le Cheval en mouvement. Eadweard Muybridge, via Wikimedia Commons

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Le Cheval en Mouvement. Eadweard Muybridge, via Wikimedia Commons

Dans les années 1930, les laboratoires Bell Telephone ont acheté des caméras haute vitesse à Eastman Kodak pour leurs études des effets du rebond de relais. Les caméras diffusaient un film de 16 mm à 1000 images par seconde (fps) et une capacité de charge de 100 pieds. Désirant des caméras encore plus rapides, les laboratoires Bell Telephone ont développé leur propre caméra haute vitesse. Nommé Fastax, cet appareil pourrait produire 5 000 images par seconde.

Plus tard, le laboratoire a vendu sa conception à la société d’optique Wollensak, qui a amélioré la caméra pour gérer 10 000 images par seconde. En 1940, Cearcy D. Miller a déposé un brevet pour une caméra à miroir rotatif théoriquement capable de 1 000 000 d’images par seconde.

Fonctionnement des caméras à grande vitesse

Afin d’évoquer une sensation de mouvement à partir d’images photographiques fixes, les caméras de cinéma utilisent « un mouvement intermittent. »En capturant une série continue d’images sur des images séquentielles de film, un mouvement intermittent est utilisé pour avancer progressivement le film image par image. En conséquence, les images semblent se déplacer et se produire en temps réel lorsque le film est lu vers l’avant à une vitesse de projection normale.

 Travail de la caméra à Los Alamos

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Travail de caméra à Los Alamos

Les caméras de cinéma à grande vitesse sont capables de capturer des sujets et des événements se déroulant à des vitesses extrêmement rapides en synchronisant la vitesse du film avec la vitesse de l’image. Après avoir enregistré une séquence d’images à grande vitesse, le film peut être lu à vitesse normale, ce qui fait apparaître la séquence au ralenti et permet une meilleure analyse visuelle.

Contrairement aux caméras de cinéma classiques, les caméras à grande vitesse n’utilisent pas de mouvement intermittent pour faire avancer leur film. Au lieu de cela, les caméras à grande vitesse utilisent une forme d’avancement continu qui permet au film de se déplacer à une vitesse plus élevée qu’avec un mouvement intermittent. La façon la plus courante de produire ce type d’avancement consiste à remplacer l’obturateur normal de l’appareil photo par un bloc de verre rotatif à côtés parallèles (photographie à prisme rotatif).

Lorsque le prisme tourne, il déplace l’image en synchronisation avec le film; en même temps, le prisme sert d’obturateur. Afin de décomposer encore plus les actions à grande vitesse en prenant plus d’images par seconde, des techniques de miroir rotatif et de tambour rotatif ont été développées. Pour plus d’informations sur le fonctionnement de ces types de caméras, veuillez cliquer ici.

La photographie à rayures est une autre forme pertinente de photographie à grande vitesse. La photographie Streak est similaire au type de photographie utilisé dans les images « photo-finish ». Les caméras Streak ont des fentes au lieu de l’obturateur normal de l’appareil photo. Ces caméras peuvent utiliser les systèmes de miroir rotatif et de tambour rotatif pour prendre des images à grande vitesse.

Los Alamos Innovations

À Los Alamos, NM pendant le projet Manhattan, les scientifiques ont utilisé la photographie à grande vitesse comme moyen d’étudier et d’évaluer leurs conceptions et tests d’armes nucléaires. Des caméras à grande vitesse ont été utilisées pour photographier des essais de conception de bombe de type « canon » à l’uranium. Ces caméras ont pu capturer le temps d’insertion critique « lent » de l’uranium 235 d’environ une milliseconde. Le temps d’insertion critique est le temps nécessaire pour former suffisamment de matières fissiles pour maintenir une réaction nucléaire en chaîne, appelée formation d’une masse critique.

 Julian E. Mack en transit Lors de l'arpentage de Z

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Julien D. Mack au Transit Pendant l’enquête sur Z

Les caméras, cependant, n’étaient pas assez rapides pour photographier les expériences à base de plutonium. Contrairement à l’uranium, le plutonium 240 a un taux de fission spontanée élevé et un temps d’insertion critique plus petit d’environ dix nanosecondes. Afin de photographier des essais et des armes à base de plutonium, les photographes de Los Alamos avaient besoin de caméras à grande vitesse encore plus rapides.

Pour étudier la conception de l’implosion sur le site d’Anchor Ranch de Los Alamos et plus tard sur le site de Trinity, les membres du groupe d’optique et les scientifiques ont développé des techniques photographiques nouvelles et améliorées. Ces techniques comprenaient la photographie à prisme rotatif et à miroir rotatif, la photographie au flash hautement explosif (« bombe à argon ») et la photographie aux rayons X au flash. Inventée par le physicien britannique et scientifique du projet Manhattan W. Gregory Marley, la caméra Marley était l’une des premières options de caméra à grande vitesse.

Comme le décrit Clay Perkins dans son interview sur le site Web du projet Voices of the Manhattan, les scientifiques de Los Alamos « ont apporté la caméra Marley à Los Alamos pour prendre des photos du test Trinity. »La caméra Marley » fonctionnait avec un rouet de petites fentes devant une masse de caméras individuelles, pour ainsi dire. Un seul morceau de film, mais avec plusieurs lentilles. La géométrie de celle-ci a permis de prendre des photos jusqu’à 100 000 images en une seconde. »Cette vitesse rendait avantageux l’étude de la bombe atomique.

 Canal de forage au-dessus d'un abri de 10 000 verges N. C.-B. Benjamin et Berlyn Brixner (au centre)

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Canal de forage au-dessus d’un abri de 10 000 verges N. B.C. Benjamin et Berlyn Brixner (Centre)

Bien que la caméra Marley ait été utilisée dans le processus de développement de la construction de la bombe, Perkins a noté que la caméra n’avait finalement pas été utilisée lors du test Trinity car « au moment du test Trinity, le Marley était obsolète. Dans son rapport sur les événements de Trinity, le professeur Julian Ellis Mack, chef du groupe de photographie T-5, a noté que « la mise au point courte fixe et la faible qualité des objectifs auraient probablement rendu les images de la caméra Marley inutiles » lors du test de Trinity.

En tant que chef de l’optique de la Division de physique des armes (Groupe G-11), Mack a travaillé avec des membres du groupe, dont Berlyn Brixner, pour tester et développer des caméras finalement utilisées à Trinity. En améliorant la technologie de caméra rotative à grande vitesse existante, Mack a inventé la caméra Mack Streak, une caméra à miroir rotative avec un 0.0000001 – deuxième résolution. Cette résolution permettrait à la caméra de capturer des images à des intervalles de 0,0000001 seconde, fournissant encore plus de détails par image pour étudier les événements à grande vitesse.

Dans son interview sur the Voices of the Manhattan Project, Berlyn Brixner a rappelé que Mack l’avait recruté pour faire fonctionner l’appareil photo et photographier les explosions. Brixner a également décrit le fonctionnement de la caméra Streak de Mack: « Vous avez imité l’objet, qui était une explosion, pour qu’il se trouve sur la fente de la caméra. Ensuite, cette image a été relayée sur le film et s’est déplacée le long du film de sorte que lorsque la lumière est apparue dans cette fente, elle a été enregistrée sur le film et de cette façon, le physicien a pu dire ce qui se passait dans l’explosion. Cela a fonctionné à merveille. »

Photographie au Test de la Trinité

Le 16 juillet 1945 à Alamogordo, au Nouveau-Mexique, le « Gadget », un dispositif d’implosion au plutonium, a explosé lors du Test de la Trinité. En tant que l’un des photographes en chef du test Trinity, Brixner a aidé à orchestrer l’utilisation de cinquante-deux caméras différentes pour capturer le test sur pellicule.

Selon l’annexe I du rapport de Mack intitulé « Explosion nucléaire du 16 juillet, Relations Spatio-temporelles » sur le test de Trinity, cinquante-deux caméras différentes ont été utilisées pour capturer le test sur pellicule. Sur les cinquante-deux caméras, il y avait le nombre suivant de chaque type de caméra:

  • 3 Caméras Fastax 8 mm
     10 000 N montre l'installation de la caméra sur le toit de l'abri, caméras Ciné E sous étagère, 24 Mitchell sur étagère, spectrographe B L en arrière-plan

    Légende:

    10,000 N montre l’installation de la caméra sur le toit de l’abri, les caméras Ciné E sous l’étagère, 24 Mitchell sur l’étagère, B & L Spectrographe en arrière-plan

  • 3 Caméras Fastax 16 mm
  • 3 Caméras Fastax 16 mm lentes
  • 3 Caméras Fastax Primocard 16 mm
  • 4 caméras Mitchell 35 mm
  • 24 Caméras Kodak Cine « E » 16 mm
  • 2 caméras Fairchild K-17B Aero
  • 4 Caméras Aéro Fairchild K-17B avec capacités stéréographiques
  • 2 Caméras Sténopé
  • 1 Caméra fixe
  • 3 Choc Caméras de commutation

Les images et le film générés par le test ont été utilisés pour l’analyse spectrographique et le rendement de la bombe. Comme l’indique la liste ci-dessus, une variété de caméras ont été utilisées lors du test Trinity. Beaucoup de ces caméras avaient des vitesses de film, des objectifs et des expositions variables afin de capturer les différentes étapes de l’explosion de la bombe atomique.

Des caméras Fastax ont été utilisées pour enregistrer les moindres détails de l’explosion. Des caméras à spectrographe à tambour rotatif ont été utilisées pour surveiller les longueurs d’onde lumineuses émises par la boule de feu. Des caméras sténopées ont été utilisées pour enregistrer les rayons gamma.

Selon Brixner, ils « ont obtenu un enregistrement complet avec ces caméras de cinéma de toute l’explosion. »À la fin du test », quelque chose comme 100 000 photos ont été prises avec toutes ces caméras. »Comme la majeure partie de l’enregistrement a été réalisée sur des caméras de cinéma, la majorité des photos proviennent d’images individuelles ou d’images fixes du film cinématographique.

Des pellicules en noir et blanc et des pellicules en couleur ont été utilisées dans les appareils photo lors du test Trinity. Alors que la photographie en couleur de Jack Aeby du test Trinity est la plus connue, certains des appareils photo de Mack et Brixner ont utilisé un film couleur. Dans son rapport du 16 juillet, Mack a noté que les vingt-quatre appareils photo Kodak Cine « E » 16 mm utilisaient un film Kodachrome. Publié par Eastman Kodak en 1935, Kodachrome fut l’un des premiers films couleur à succès. Dans son interview, Brixner a déclaré que ses caméras avec film couleur « faisaient des images satisfaisantes mais rien de particulièrement spectaculaire. »

Héritage des caméras à grande vitesse

Les caméras à grande vitesse ont continué à être utilisées pendant la guerre froide pour capturer d’autres essais nucléaires. Harold Edgerton, le père de la photographie moderne à grande vitesse, a changé la façon dont ces explosions étaient enregistrées avec son invention du stroboscope et du Rapatronic.

 Séquence photographique Rapatronic de l'opération Redwing sur l'atoll d'Eniwetok

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Séquence photographique Rapatronic de l’opération Redwing sur l’atoll d’Eniwetok. Photo Gracieuseté du gouvernement fédéral des États-Unis (http://sonicbomb.com/albums/album47/mahawk.jpg), via Wikimedia Commons

Le stroboscope utilise des éclairs de lumière pour permettre aux gens de voir des images qui se produisent trop rapidement pour que l’œil humain puisse normalement voir. Le stroboscope est capable de le faire en synchronisant la fréquence de son flash électrique avec la vitesse d’un objet en mouvement.

Lorsque Edgerton a combiné le stroboscope électronique avec une caméra de cinéma spéciale à grande vitesse, il a pu organiser chaque flash pour exposer exactement une image de film. En utilisant cette technologie, il pourrait faire apparaître des événements à grande vitesse dans un mouvement extrêmement lent.

L’obturateur électronique Rapatronic ou à action Rapide a permis à Edgerton et à ses collègues Kenneth Germeshausen et Herbert Grier de capturer des explosions nucléaires pour la Commission de l’Énergie atomique (CEA). L’obturateur s’est ouvert et fermé en activant et en désactivant un champ magnétique. En manipulant la vitesse d’obturation, ils pourraient générer une exposition aussi courte que deux microsecondes.

 Collision d'eau Jaune Bleu

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Collision d’eau Jaune Bleu. Photo gracieuseté de Joe Dyer (https://www.flickr.com/photos/[email protected]/8566188935/in/photolist-e3XXwF-oX5gy3-dnvb2E-9ztv4V-djzsie-kYGBPF-rgCrpf-cZYBv7-4XbTPh-cZYxvS-cZYzYG-cdUmEU-dMHZ8x-dmjsqu-bWSfkh-caGtgL-cgkGDb-nYtWeK-cgkGJ

Les images Rapatronic ont permis à l’AEC de mesurer le diamètre de l’explosion de la boule de feu en expansion de la bombe à différents intervalles de temps, et ainsi de déterminer l’efficacité de l’explosion. Edgerton a utilisé le Rapatronic pour photographier les essais de bombes à hydrogène sur l’atoll d’Eniwetok en 1952.

Les innovations des caméras à grande vitesse à Los Alamos et pendant la guerre froide ont eu un impact considérable sur le domaine de la photographie. Les développements de nouvelles technologies et techniques telles que les appareils photo à FPS accrus, les flashs électriques et les vitesses d’obturation à commande magnétique ont élargi les applications de la photographie en science et au-delà. La photographie à grande vitesse a été intégrée aux études scientifiques de fusées à la NASA ainsi qu’à la recherche de lasers. Ce type de photographie était également utilisé en médecine et dans le secteur manufacturier.

Avec l’accessibilité de la technologie photographique et les progrès des appareils photo numériques aujourd’hui, la photographie à grande vitesse fait désormais partie de la culture visuelle dans le monde entier. La photographie à grande vitesse et les vidéos au ralenti peuvent être vues partout, des musées à Flickr et des films à succès aux tutoriels YouTube.De cette manière, l’héritage des innovations à Los Alamos s’étend bien au-delà de la science nucléaire et de la bombe atomique.

Bien qu’elle soit devenue monnaie courante maintenant, la photographie moderne est encore une invention plutôt nouvelle. Depuis son invention dans les années 1830, la photographie a connu un certain nombre de développements et de progrès importants. L’une de ces avancées majeures a été le développement de caméras à grande vitesse. Ces caméras permettaient aux photographes…

Bien qu’elle soit devenue monnaie courante maintenant, la photographie moderne est encore une invention plutôt nouvelle. Depuis son invention dans les années 1830, la photographie a connu un certain nombre de développements et de progrès importants. L’une de ces avancées majeures a été le développement de caméras à grande vitesse. Ces caméras permettaient aux photographes…

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