Invisibilité et métamatériaux
Qui n’a jamais voulu posséder la cape d’invisibilité d’Harry Potter ou de passer l’anneau de Sauron à son doigt pour disparaître ? Des recherches pourraient bientôt rendre ce rêve possible !
Qu’est-ce que l’invisibilité ?
L’œil humain est capable de voir des longueurs d’onde comprises entre 380nm et 780nm. Au-delà de chaque extrémité se trouvent les infrarouges et les ultraviolets, qui sont considérés comme lumière, bien qu’ils ne soient pas visibles, ce sont des ondes électromagnétiques. L’invisibilité d’un objet est due à son incapacité à absorber ou à diffuser la lumière. Elle est relative à l’observateur. Un exemple vivant est le caméléon qui possède des cellules iridophores contenant des nanocristaux de guanine transparente. Celles-ci réfléchissent certaines longueurs d’ondes et permettent ainsi à l’animal de changer de couleur. Deux solutions sont possibles : supprimer les sources de lumière (être dans l’obscurité) ou supprimer les ondes lumineuses renvoyées par un objet.
Pour être invisible, le principe repose sur une déviation de la direction des rayons lumineux avec des calculs de transformations optiques. Les rayons lumineux contournent le point où se trouve ce que l’on souhaite cacher.
Toutefois, l’invisibilité ne repose pas que sur l’optique, il y a également l’invisibilité thermique qui consiste à ne pas pouvoir être repéré par un détecteur de source de chaleur.
Les métamatériaux
Les métamatériaux ont été découverts à la fin du XXème siècle par Sir John Pendry. Ils possèdent la propriété unique d’être à la fois transparents et métalliques comme la surface de l’eau qui, vue du dessus est transparente tandis que vue de côté, elle réfléchit la lumière. D’ordinaire, lorsque la lumière traverse un milieu, une partie est réfléchie et le reste est transmis/réfracté, ce milieu possède un indice de réfraction positif. Dans le cadre de métamatériaux, leur indice de réfraction est négatif ce qui permet à la lumière de contourner l’objet à faire disparaître.
En 2006, ils ont été utilisés pour réaliser la première cape d’invisibilité pour les micro-ondes. Celle-ci a été suivie par l’étude et la mise au point d’une cape d’invisibilité pour les ondes sismiques en 2009 (à l’échelle laboratoire). Ces capes sont sources de paradoxes optiques car les ondes détournées suivent un chemin plus long que celles qui passeraient à travers l’objet s’il était transparent dans le vide sans pour autant être déphasées, c’est-à-dire qu’elles rattrapent leur retard. Or, normalement la lumière ne peut pas se propager plus vite dans l’air que dans le vide, ce qui est donc un paradoxe.
L’une des principales limites de ces métamatériaux est le fait qu’ils sont principalement rigides et non souples, ce qui ne permet pas d’enrober un objet.
Les innovations invisibles
L’invisibilité serait également possible grâce à un effet quantique, démontré en 2021. Ainsi, des chercheurs ont pu ralentir des atomes de lithium à une température proche du zéro absolu, soit - 273,15°C, au point qu’ils ne soient plus en mesure de changer d’état quantique et ainsi de diffuser la lumière (pas à plus de 37% d’intensité). Cela correspond à la preuve du principe de « blocage de Pauli » théorisé par le physicien du même nom au XXème siècle.
Si un dispositif sous forme de cape d’invisibilité a été obtenu en laboratoire, des études sont menées pour essayer d’obtenir un système similaire pour les bâtiments pour les protéger contre les secousses.
Des chercheurs du CNRS travaillent sur un dispositif capable de dissimuler une signature thermique grâce à des pompes à chaleur capables de diffuser une température précise. Il serait alors possible d’imiter une signature thermique et ainsi de faire disparaître un objet. Si pour l’instant, il ne s’agit que de simulations numériques, il est possible d’imaginer qu’elles deviendront réalité dans quelque temps avec un champ de possibilité très important.
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