Sciences

Invisibilité : un petit pas de plus…

ActualitéClassé sous :physique , invisibilité , métamatériau

En réduisant les réflexions parasites dans un métamatériau, une équipe américaine, pionnière dans la recherche de la « cape d'invisibilité », a obtenu une disparition quasiment parfaite de l'image d'un objet centimétrique. Mais il ne s'agit toujours pas de lumière visible. Seulement de micro-ondes. Un peu décevant pour les fans de Star Trek et de Harry Potter, mais intéressant pour les scientifiques, voire les militaires qui pensent « radar » dès qu'ils entendent « micro-ondes ».

Mesure de l'intensité du champ électrique de micro-ondes. Au centre, le losange est vert car l'intensité du champ y est minimale : le cylindre de cuivre qui s'y trouve posé n'affecte pas ce champ de micro-ondes, comme s'il était absent. © Nature Materials/Duke University

Un cylindre de 7,5 cm de longueur pour 1 cm d'épaisseur est posé sur un drôle de plateau carré de 40 cm de côté, finement gravé. Il est éclairé d'un côté et, expliquent les chercheurs de la Duke University, son image est totalement absente de l'autre côté, comme si les rayons avaient fait le tour pour se réunir une fois l'obstacle passé. C'est typiquement une expérience « d'invisibilité », qui montre ici un progrès notable : la disparition est complète alors que jusque-là des réflexions incontrôlées laissaient subsister une trace.

On progresse donc dans cette voie ouverte en 2006 par des considérations théoriques qui évoquaient déjà cette invisibilité, puis, la même année, par la première réalisation, que l'on doit à la même équipe de la Duke University, déjà dirigée par David Smith. L'expérience repose sur les propriétés des métamatériaux, c'est-à-dire des matériaux conducteurs gravés à l'échelle micrométrique, qui apportent des propriétés optiques inédites, dont la plus spectaculaire est une certaine forme d'invisibilité. Mais il en est d'autres, comme les lentilles planes, l'amélioration des fibres optiques ou... les protections contre les tsunamis.

Nathan Landry, membre de l'équipe et coauteur de l'article, présente son dispositif d'invisibilité, sur lequel sont visibles, à gauche et à droite, les fibres de verre dopées au cuivre. La zone d'invisibilité est au centre. © Duke University

Les progrès vers l'invisibilité sont plus lents que prévus

Mais, 6 ans après les premières réalisations, le Graal n'a toujours pas été atteint : on ne sait pas faire surgir ces propriétés nouvelles dans le spectre visible, même si plusieurs équipes s'en approchent de très près.

Dans la dernière expérience de l'équipe de David Smith, le rayonnement se situe dans les micro-ondes (celles des fours du même nom ou des radars), et dont les longueurs d'onde se mesurent en millimètres ou en centimètres. C'est l'échelle à laquelle il faut graver des minuscules motifs répétitifs. Pour la lumière, il faut descendre au nanomètre. Le plateau de cette expérience porte des fibres de verre parallèles elles-mêmes gravées de motifs en cuivre.

De plus, ici, comme dans la plupart des expériences de ce genre, cette invisibilité est limitée à un plan, celui du plateau, et même à une seule direction. Si l'on élève la source des micro-ondes, l'effet disparaît complètement. Enfin, une autre limitation affecte ce masquage (terme que l'on peut préférer à invisibilité, très exagéré) : les réflexions parasites sur chacun des motifs. Elles finissent par générer une trace de l'objet censément indétectable.

Un modèle amélioré pour des métamatériaux plus efficaces

C'est ce point qu'ont amélioré les chercheurs de la Duke University, en calculant précisément toutes les réflexions qui devaient se manifester, particulièrement sur les bords et dans les coins du plateau. En disposant judicieusement des fines bandes de cuivre, d'après les motifs de réflexions sortis des calculs, les chercheurs ont pu les éliminer, obtenant un masquage parfait.

Le but de l'expérience était seulement là. On peut supposer que cette avancée sera transposable avec des métamatériaux plus finement gravés, dont avec des longueurs d'onde plus petites. Mais les micro-ondes intéressent déjà l'armée, qui finance ce travail. Restera ensuite à passer de l'invisibilité en 1D ou 2D à la 3D, c'est-à-dire à la cape de Harry Potter, qui camoufle un volume. Mais il est certain que d'autres applications, moins spectaculaires, en optique ou en électronique, auront émergé bien avant.

Cela vous intéressera aussi