1. Le secteur médical

La recherche

" L'image de synthèse est un champ de découverte qu'aucun autre moyen de communication ne peut égaler. Celui qui nierait l'intérêt de cet outil devrait tout autant refuser à l'astronome l'usage de ses yeux pour contempler les cieux" Ainsi, dans le domaine scientifique, l'image de synthèse joue, en quelque sorte, un rôle "d'accélérateur de connaissances".

En effet, l'image de synthèse est devenue un outil indispensable pour les chercheur et les médecins ou chirurgiens. L'image de synthèse permet de simuler une opération, ou une réaction chimique, autant de fois que l'on désire, sans gaspiller ou craindre une réaction des substances mélangées.

L'image libère des contraintes du temps et de l'espace. Elle permet de visualiser l'infiniment petit comme l'infiniment grand, quelle que soit la durée du phénomène, de la nanoseconde jusqu'aux milliards d'années... La circulation des quarks comme la collision des galaxies peuvent être rendues à l'image. Cette visualisation est capitale, non seulement pour expliquer, mais aussi pour faire apparaître les failles des modèles existants et tenter d'y remédier. Les applications sont infinies. Les images de synthèse, en permettant de visualiser, ouvrent de nouveaux champs de simulation. Pas un mois ne passe sans qu'apparaissent de nouvelles applications : la simulation de tremblements de terre, d'éruptions, la simulation des climats il y a 30 millions d'années et l'influence de mers disparues, l'origine des moussons, la simulation des effets de réchauffement de la planète, des surfaces des planètes du système solaire…Analyse, modélisation et image sont désormais indissociables.

Ensuite, l'image est un outil de découverte. L'image permet de visualiser le concret comme l'abstrait (un champ magnétique par exemple) et fait surgir des formes imprécises qui, bien que "présentes" dans une équation, restaient abstraites.

Enfin, l'image entraîne la science. Par exemple, la géométrie fractale, conçue par le Français Benoît Mandelbrot, " n'a pu prendre son envol que le jour où les outils informatiques furent suffisamment puissants pour lui permettre de sortir de sa somnolence stérile. La géométrie fractale permet de modéliser de nombreux phénomènes naturels tels que le relief, les nuages, les plantes, ou simplement créer une œuvre d'art.

L'utilisation en chirurgie

A quoi sert cette superposition d'une image réelle et d'une image de synthèse ? Elle permet de voir ce que l'œil ou l'optique ne peut saisir. En effet, plusieurs situations peuvent entraver l'observation. Par définition, l'œil ne voit que le visible, ne voit pas la face cachée d'un organe. La caméra endoscopique, quant à elle, filme droit devant elle et l'image reste limitée à l'étroitesse du champ de vision. On ne voit ni à côté, ni derrière. Il n'y a guère de points de repère. Si l'optique, pour une raison ou pour une autre, quitte le champ opératoire, on est très vite perdu car il n'y a pas moyen de se repérer. Enfin, le cas le plus fréquent est celui où l'image de l'organe est occultée (saignement, tumeur...). L'image de synthèse permet de s'affranchir de ces obstacles en donnant une image de quelque chose qui, sans l'image de synthèse, resterait invisible. Sur un strict plan médical, la chirurgie assistée par le virtuel a deux avantages : la précision et la sûreté.

Les champs d'étude sont infinis, tant en recherche fondamentale qu'en recherche appliquée. L'image de synthèse est parfaitement adaptée pour appréhender les fluides. La maîtrise des écoulements d'air sur la carrosserie de voiture, dans les moteurs d'avion, la propulsion des engins spatiaux, sont des exemples d'application concrète, où la recherche a une traduction industrielle directe. Mais les applications peuvent toucher bien d'autres secteurs. Les travaux sur l'énergie éolienne, la prévention des inondations, la protection contre les nuisances sonores seront améliorés de façon significative par la simulation en images de synthèse de mécanismes d'écoulement et de propagation des fluides et des sons, encore mal connus.

L'une des applications les plus complexes concerne la recherche militaire, où les images de synthèse sont indispensables à la simulation des essais nucléaires.

Autres utilisations

Si les applications en chirurgie sont les plus spectaculaires, l'image de synthèse peut également être utilisée pour la formation. L'entraînement des praticiens passe par la simulation d'opérations. Le chirurgien, l'étudiant, peuvent parfaitement s'exercer sur un patient virtuel avant de réaliser une véritable intervention.

L'image de synthèse peut également être utilisée en médecine comme soutien aux soins, notamment pour traiter divers troubles mentaux. " La thérapie implosive, évoquée en 1971 par le film Orange mécanique, fut jugée peu plausible par les psychiatres de l'époque, mais, aujourd'hui, à l'ère de la réalité virtuelle, la solution prônée ne relève plus de la science-fiction. " L'idée est de vaincre des angoisses par un apprentissage, une accoutumance progressive. Le patient peut ainsi s'habituer à prendre l'avion (grâce à la reconstitution en images de synthèse d'un décollage), à maîtriser sa peur du vide. Grâce à une reconstitution virtuelle de la montée d'un ascenseur extérieur : le patient est debout sur une plate-forme munie d'une rampe métallique, un mur est recouvert par un écran représentant la vue de l'extérieur d'une maison, vue du sol. Le patient "s'élève" à l'aide d'une souris qui commande l'image, celle-ci se modifie comme si l'ascenseur s'élevait. Ainsi la réalité virtuelle permet-elle une immersion crédible d'un sujet dans un environnement préétabli. L'exposition progressive d'un patient à sa phobie permet un domptage par habitude de certaines angoisses

2. Le secteur militaire

Comme la plupart des avancées technologiques (Internet…), la plupart, sinon la quasi-totalité des utilisations des images de synthèse ont pour origine, ou sont des applications directes des travaux et recherches menés dans un cadre militaire qui se sont développés dans au moins trois directions : la formation des hommes, la recherche fondamentale dans le domaine nucléaire, et la recherche opérationnelle.

La simulation des essais nucléaires

La mise au point des armes nucléaires a toujours mis en œuvre la modélisation numérique. Mais en décidant, en janvier 1996, de la fin des essais nucléaires, le Président de la République a ouvert une ère nouvelle : la simulation n'est plus un moyen de concevoir les armes nucléaires ou de préparer une explosion, comme c'était le cas jusqu'alors, mais est désormais le seul moyen de garantir la fiabilité des armes nouvelles sans détruire l'environnement. La technologie nucléaire, civile ou militaire, s'est toujours appuyée sur la modélisation et la simulation. La seconde est d'ailleurs le seul moyen de faire progresser la première, dans un domaine où les connaissances physiques sont imparfaites (géométrie tourbillonnaire...). Il n'y aurait pas de simulation nucléaire sans le support de l'image de synthèse. L'image sert notamment à percevoir les fameux "effets tourbillonnants" qu'il faut chercher à éviter. En effet, tout perte de symétrie déclenche des instabilités qui empêchent une bonne compression et réduisent le gain d'énergie potentiel lié à l'implosion de la cible.

Autres applications

Dans le domaine militaire, le problème n'est plus seulement de recueillir des images qui arrivent aujourd'hui en très grand nombre, notamment par satellite, mais plutôt de traiter l'information visuelle recueillie. Les industries de défense travaillent par conséquent aujourd'hui dans deux directions principales : d'une part la compression des données, qui permet de conserver un très grand stock d'images et, par conséquent, de procéder à des comparaisons dans le temps. D'autre part, le traitement des images, qui consiste à utiliser et trier les centaines d'informations que recèle une image numérique. En effet, on est habitué à raisonner sur une image 2D et 3D, mais les signaux sont beaucoup plus complets et peuvent comporter jusqu'à 10, 15 données, par exemple sur la chaleur, la vitesse, le temps... Il faut sélectionner les données utiles. Vient ensuite le coloriage. Les données sélectionnées sont coloriées (exemple : l'image numérique prise d'un satellite est une suite de signaux ; le coloriage conventionnel [bleu pour les mers, vert pour les forêts...] est réalisé plus tard par ordinateur). Cette phase est capitale car le coloriage agit comme un révélateur. Le traitement de l'image proprement dit intervient ensuite pour faire apparaître ce que l'on cherche. Une opération importante est celle du "débruitage" qui consiste à enlever tout ce qui n'intéresse pas directement la recherche.