Sunday 15 April 2007 à 20:51
"Les métamatériaux rendent les objets invisibles.
Une cape d'invisibilité digne de Siegfried, l'héroïne tueur de dragon de la mythologe nordique, ou de Harry Potter?
Une équipe de physiciens anglo-américains, dirigée par David Smith, de l'université Duke, aux Etats-Unis, et par John Pendry, de l'Imperial College de Londres, aurait réussit à la confectionner!
Qu'on en juge: une fois glissé un petit cylindre de cuivre dans la cape que David Smith a soigneuseument tissée, celui-ci devient en partie invisible. Plus précisément, "la cape et l'objet combinés commencent à ressembler à un espace vide", notent les chercheurs. Et de fait, les mesures de la propagation des ondes aux alentours sont éloquentes: de même qu'un filet d'eau contourne un galet, les ondes électromagnétiques - c'est à dire la lumière - contournent le cylindre, plutôt que de rebondir dessus ou d'être absorbées. Et le cylindre d'échapper ainsi au regard.
Magique! Et même si, pour l'heure, cette cape ne fonctionne que dans deux dimensions (c'est à dire en regardant l'objet à travers une fente) et seulement pour une petite bande de longueur d'onde loin du domaine visible (les micro-ondes), force est de reconnaître que le fantasme est en partie devenu réalité.
Le secret de cette cape réside dans de tout nouveaux matériaux artificiels aux propriétés décoiffantes, baptisés "métamatériaux".
Leur particularité? Une nanostructure savamment sculptée de façon à contrôler précisément ses propriétés électromagnétiques. En faisant varier la structure du matériau au niveau microscopique, la propagation des ondes dans la matériau change. De plus, en sculptant des motifs réguliers dans un matériau choisi à dessein, on peut modifier sa réponse aux ondes électromagnétiques. Dès 1966, les recherches d'un physicien soviétique, Victor Veselago, avaient décrit les propriétés qu'aurait un matériau possédant un indice de réfraction magnétique.
L'indice de réfraction
Rappelons qu'au XVIIe siècle, le savant français Renée Descartes et le mathématicien hollandais Willebrord Snell avaient découvert que la manière dont la lumière se propage dans les matériaux transparents peut être caractérisée par un nombre: l'indice de réfraction. Or, l'indice de réfraction du vide étant à 1, il se trouve que tous les matériaux naturels connus ont un indice de réfraction supérieur. Mais cela n'empêcha pas Victor Veselago d'imaginer les propriétés de matériaux d'indice inférieur à 1, nul ou même négatifs.
Le principe physique sous-jacent est assez simple. Pour qu'un matériau ait un indice négatif, il suffit de faire en sorte que soient négatives deux de ses caratéristiques physiques: la perméabilité magnétique - qui caractérise la manière dont un matériau réagit lorsqu'on lui applique un champ magnétique, et la permittivité électrique - qui caractérise sa réponse à un champ électrique.
Les métamatériaux
Dans la nature, certains matériaux comme les métaux ont une permitivité négative, mais aucun n'a à la fois une perméabilité et une permittivité négatives. Qu'à cela ne tienne! Dès 2001, David Smith et Sheldon Schultz, en Californie, prennent connaissance des résultats de Pendry et parviennent à fabriquer les premiers métamatériaux, en formant un empilement régulier de plots et d'anneaux en cuivre alternés de quelques millimètres sur un support isolant.
L'application qui excite alors le plus les physiciens concerne les métamatériaux à indice de réfraction négatif: ils ont d'ores et déjà permis de fabriquer des "superlentilles", capables de focaliser la lumière pratiquement sans aberration, et d'observer des objets avec une finesse inégalée.
Et puis, il y a bien sûr la fameuse cape d'invisibilité. Dans le principe, il s'agit de forcer les rayons lumineux à contourner l'objet que l'on souhaite rendre invisible. la principale difficulté n'est pas de fabriquer des métamatériaux d'incide variable, afin de courber progressivement la lumière autour de l'objet, mais de maîtriser l'onde: il faut reconstituer l'onde en sortie du dispositif , telle qu'elle est à l'entrée, sinon l'objet caché par le matériau est détectable. Et c'est cette performance que réalise pour la première fois la cape de Smith et Pendry. Les applications de l'invisibilité sont cependant moins prometteuses que les superlentilles et il ne faut pas rêver: Smith et ses collègues ont réalisé leur cape d'invisibilité dans un plan et en micro-ondes, mais cela sera autrement plus difficile dans le domaine visible et à trois dimensions. Enfin, une personne cachée sous une telle cape serait certes invisible, mais aissi aveugle, puisque les ondes électromagnétiques la contourneraient sans l'atteindre! Siegfried et Harry potter risquent donc bien de garder une longueur d'avance."
Cécile Michaut, Le Télégramme, dimanche 15 avril 2007.
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