Percée du camouflage

Depuis que H. G. Wells a publié L'homme invisible il y a plus d'un siècle, la perspective de l'invisibilité – ou du camouflage – était un pilier de la science-fiction. Mais maintenant, les physiciens disent qu'ils ont enfin compris comment rendre les objets invisibles, et qui plus est, ils ne sont plus qu'à quelques mois de mettre cette théorie en pratique.

Le métamatériau de camouflage bleu est capable de courber la lumière autour d'un objet (cercle orange), garantissant qu'il ne projette aucune ombre ou réflexion. (Crédit : D. Schurig, Duke University.)

L'astuce consiste à trouver un moyen de guider la lumière et d'autres types de rayonnement électromagnétique autour d'un objet afin qu'il ne projette aucune ombre et ne produise aucune réflexion. Normalement, ce genre de manipulation serait un défi de taille, dit John Pendry de l'Imperial College de Londres, en Angleterre. Mais, ajoute-t-il, le développement récent d'une nouvelle classe de matériaux appelés métamatériaux le rend incroyablement réalisable.

Les métamatériaux sont des matériaux d'ingénierie dont les propriétés sont déterminées par leur structure physique plutôt que par leur chimie, explique Pendry. Ces propriétés incluent la capacité de plier la lumière, dit-il.

Travailler maintenant avec David Smith et David Schurig de l'Université Duke, Pendry a formulé un moyen de concevoir des métamatériaux qui peuvent courber la lumière autour d'un objet, quelle que soit la direction d'où vient la lumière. Vous pouvez l'appliquer à n'importe quelle forme, dit Smith. Cela signifie qu'en théorie, tout peut être masqué, dit-il.

S'appuyant sur les travaux de Pendry, qui sont décrits dans le présent numéro de La science , Smith et Schurig développent un dispositif de preuve de principe, avec un financement de la division de recherche du département américain de la Défense, la Defense Advanced Research Projects Agency. Il est juste de dire que cette année, il y aura une démonstration sur la physique de base du camouflage, dit Schurig.

L'effet d'occultation dépend de l'indice de réfraction d'un matériau ou de sa capacité à influencer la direction de la lumière qui le traverse. La lumière a tendance à préférer la route la plus rapide entre deux points, qui est normalement une ligne droite. Avec les métamatériaux, cependant, le chemin le plus rapide peut être celui qui contourne un objet.

Mais la lumière qui se penche n'est qu'une des exigences du camouflage. Vous devez ramener la lumière sur le même chemin qu'elle poursuivait avant de toucher la cape ; sinon ça fait de l'ombre, dit Pendry. De même, lorsque la lumière pénètre dans la cape, elle ne doit pas être réfléchie. Une façon d'y penser est que ce matériau donne l'impression d'être comme l'espace, dit Smith, dans cet espace peut plier la lumière et n'a pas non plus de reflet.

C'est une percée, dit George Eleftheriades , un expert en métamatériaux à l'Université de Toronto. Cependant, dit-il, il y a une limitation : cela ne fonctionnera pas pour toutes les fréquences.

En effet, les matériaux actuels ne sont capables de rediriger que les micro-ondes, ce qui signifie que le dispositif de dissimulation que Smith et Schurig développent ne fonctionnera que contre les radars ou autres émetteurs de micro-ondes. Bien que cela soit susceptible de s'avérer utile pour les futurs avions furtifs, nous sommes encore à au moins une décennie de masquer les objets de la lumière visible.

La raison en est que, pour produire l'effet de camouflage, les sous-structures des métamatériaux doivent être plus petites que la longueur d'onde de la lumière redirigée. C'est actuellement possible pour les micro-ondes, qui ont une longueur d'onde d'environ trois centimètres. Mais rediriger la lumière visible, qui a une longueur d'onde d'environ un demi-micromètre, ou un demi-millionième de mètre, nécessiterait des métamatériaux avec des structures conçues au niveau moléculaire. Nous aimerions le faire à l'échelle moléculaire, mais la nano-ingénierie n'est pas encore à la hauteur, dit Pendry. Les développements récents dans les nanométamatériaux pourraient toutefois accélérer le processus de développement.

Pour l'instant, donc, le prototype de cape se compose de réseaux de tiges de cuivre de la taille d'un millimètre et d'anneaux en forme de C intégrés dans un panneau de fibres composites, un peu comme le genre de cartes de circuits imprimés qui abritent normalement des puces informatiques. Les tiges et les anneaux en C sont capables de créer passivement des champs électromagnétiques lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement micro-ondes. Lorsqu'ils sont orientés correctement, ces composants peuvent spécifier le chemin que suivra le rayonnement.

Il existe également une autre application pour le camouflage, dit Schurig : il peut être utilisé comme une sorte de bouclier. Parfois, vous voulez protéger ou isoler des choses du spectre électromagnétique, dit-il. Par exemple, le camouflage pourrait être utilisé sur les sondes spatiales pour protéger les équipements sensibles du rayonnement cosmique.

Mais il ya un hic. Alors que tout objet masqué serait invisible, il serait également aveugle dans la plage de fréquences masquée, car toute lumière dirigée vers lui serait redirigée autour de lui. Dans le cas d'un avion masqué par un radar, cela ne devrait pas être un problème majeur, dit Schurig. Le pilote serait incapable d'utiliser le radar, mais elle pourrait toujours naviguer à vue.

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