Conférence SFP à Nice : les "métamatériaux" au service de l'homme invisible

La fiction de l'homme invisible pourrait-elle devenir réalité ? Ce n'est pas exclu. Ceux qui participeront à la prochaine conférence grand public de la très sérieuse section Côte d'Azur de la Société Française de Physique, jeudi 22 novembre à 18h30 à l'Université de Nice-Sophia Antipolis, Campus Valrose à Nice (amphithéâtre de Biologie) en auront un aperçu. Intitulée "Lever de voile sur l'invisibilité", elle sera animée par Frédéric Zolla, Professeur à Aix-Marseille Université et chercheur à l'Institut Fresnel (http://www.fresnel.fr/spip/). L'entrée est libre.

Quand la science se penche sur l'invisibilité

L'invisibilité a depuis fort longtemps, et jusqu'à nos jours, fasciné les hommes. De Platon qui l'évoque dans le mythe de Gygès au personnage contemporain de Harry Potter, elle a été associée au surnaturel et son irruption dans la sphère scientifique et technique ne pouvait que susciter la curiosité voire l'étonnement d'un large public.

L'idée initiale due à John Pendry est pourtant fort simple: si l'on déforme une portion de l'espace, on peut imaginer que l'on déforme aussi les rayons lumineux qui la traversent et si l'on s'arrange pour que ceux-ci évitent une zone particulière, cette zone et tous les objets qu'elle peut contenir deviennent de facto invisibles!

Bien évidemment, cette idée n'a pu germer que dans un contexte où divers ingrédients semblaient la rendre réaliste. Le premier point fondamental est que les équations qui décrivent la propagation des ondes électromagnétiques et donc le trajet de la lumière peuvent se décomposer d'une façon telle que l'on a, d'une part, un ensemble d'équations intrinsèques valables quel que soit le milieu et qui ne dépendent pas de la géométrie et, d'autre part, un ensemble d'équations qui caractérisent le milieu et qui dépendent de la géométrie.

On peut ainsi associer les changements de géométrie, c'est-à-dire des transformations de l'espace ou des changements de coordonnées, à des propriétés optiques et traduire ainsi une déformation de l'espace en matériaux équivalents: c'est l'idée directrice de l'Optique transformationnelle, une nouvelle façon de concevoir les dispositifs optiques (les transformations conformes, applicables au cas bidimensionnels, ont été utilisées de longue date par les opticiens et sont des cas particuliers pour lesquels les propriétés des matériaux sont invariantes).

L'association de l'optique transformationnelle et des métamatériaux

Il suffit donc d'imaginer une déformation astucieuse mais fort simple de l'espace et de lui appliquer le principe de l'Optique transformationnelle pour obtenir les caractéristiques optiques d'une cape d'invisibilité. Bien évidemment, la question qui se pose immédiatement est de savoir si nous avons à notre disposition des matériaux qui présentent les caractéristiques idoines.

Disons tout de suite que ces matériaux n'existent pas à l'état naturel mais qu'un des domaines les plus actifs de l'Optique moderne est justement la conception de "métamatériaux" c'est-à-dire de structures dont les cellules de base, plus ou moins semblables, sont de tailles de l'ordre de grandeur ou inférieures à la longueur d'onde et contiennent des sous-structures constituées de matériaux classiques. Les cellules de base et leur arrangement ordonné confèrent à la structure totale des propriétés optiques nouvelles, très différentes de celle des matériaux de base et impossibles à trouver dans la gamme des matériaux homogènes naturels.

Prochain événement de la SFP, jeudi 13 décembre : Conférence de Christophe Clanet (Laboratoire d'Hydrodynamique, Palaiseau)