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Quand l'invisibilité devient une réalité !

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Ils l'ont fait ! Un « trou d'invisibilité » a été créé en laboratoire, faisant disparaître un anneau de cuivre. Limitée, l'expérience n'en est pas moins la démonstration éclatante d'une possibilité théorique annoncée seulement cette année et des extraordinaires propriétés des métamatériaux.

Assemblage de structures métalliques, les métamatériaux présentent des propriétés électromagnétiques étranges, inconnues dans la nature, comme la réfraction négative. L'invisibilité n'est que la plus spectaculaire de leurs applications.

Au début de l'année, des chercheurs américains et britanniques expliquaient la possibilité théorique de réaliser un volume sans paroi matérielle dont le contenu serait invisible de l'extérieur. Appelé « trou d'invisibilité » (invisibility cloak en anglais), ce principe repose sur l'utilisation de lentilles à indice de réfraction négatif. On annonçait les premières réalisations dans les dix-huit mois. Mais les scientifiques ont progressé bien plus vite.

Petit rappel sur la réfraction négative : si l'eau présentait une telle propriété, un bâton à moitié plongé dans l'eau semblerait non pas plus incliné vers le fond mais orienté vers la surface. Aucun matériau naturel ne montre un indice de réfraction négatif mais on peut l'obtenir avec un « métamatériau », dispositif artificiel composé de petites structures périodiques, métalliques, qui dévient localement le champ électromagnétique. Ces structures doivent avoir une dimension du même ordre de grandeur que la longueur d'onde des rayons à dévier.

Limité aux micro-ondes

C'est en trichant un peu, du moins en simplifiant le problème, que David Smith et ses collègues de la Duke University, en Caroline du nord (Etats-Unis), ont créé le premier trou d'invisibilité. Tout d'abord, il ne s'agit pas de lumière mais de micro-ondes - le terme invisibilité n'est donc pas tout à fait approprié - et, ensuite, l'effet n'est obtenu qu'en deux dimensions. Mais il faut bien commencer par le plus simple...

David Smith, de la Duke University, en Caroline du nord (Etats-Unis), créateur de métamatériaux à indice de réfraction négatif. Crédit : Duke University.

Pourquoi des micro-ondes ? Parce que leur longueur d'onde est bien plus grande que celles de la lumière et on peut de ce fait obtenir la réfraction négative avec des structures de plus grandes dimensions. Beaucoup de recherches ont été effectuées sur ces métamatériaux et les chercheurs commencent à les maîtriser. L'équipe de David Smith, notamment, a déjà de nombreuses réalisations à son actif. Celle qui a servi à cette expérience est un assemblage de petits anneaux contenant quelques composants électroniques simples capables de dévier un champ électromagnétique. Avec cette dimension, seules les longueurs d'ondes centimétriques, donc les micro-ondes, seront affectées. En travaillant en deux dimensions, c'est-à-dire dans un plan, les chercheurs ont, là aussi, grandement faciliter la réalisation de l'expérience.

Mais la réussite est là : un anneau de cuivre placé à l'intérieur du dispositif n'a en rien modifié le trajet des micro-ondes traversant le tout, alors qu'il aurait dû le faire. Il reste de nombreux progrès à faire mais la voie est ouverte. Au mois de juillet, une équipe a réalisé un métamatériau à indice de réfraction négatif agissant sur sur des longueurs d'onde bien plus courtes, dans le domaine de l'infrarouge. La lumière visible n'est donc pas bien loin...

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