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La cape d’invisibilité prend forme dans les laboratoires

Au moment où J. K. Rowling écrivait «Harry Potter», des physiciens imaginaient des matériaux révolutionnaires permettant de rendre les objets invisibles. Ces capes n’existent toujours pas, mais de nouvelles applications apparaissent

Il y a 20 ans paraissait le premier tome de la saga Harry Potter. L’un des objets clés de l’histoire est une cape d’invisibilité, dont il suffit de se vêtir pour disparaître aux yeux des observateurs. Cette cape n’existe pas dans notre monde, et pourtant elle n’est pas tout à fait inenvisageable pour les scientifiques. C’est aussi il y a une vingtaine d’années qu’un chercheur britannique, John Pendry, a jeté les bases théoriques d’un nouveau type de matériaux artificiels capables de rendre des objets invisibles.

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Les métamatériaux

En 1996, soit un an avant la parution d’Harry Potter, il publiait un article théorique suggérant qu’un matériau composé de minuscules fils métalliques disposés régulièrement pourrait guider les ondes électromagnétiques – et donc notamment la lumière – de façon inhabituelle. Le concept de métamatériaux était né. Des expérimentateurs comme David Smith à l’Université de Californie à San Diego (Etats-Unis) se sont pris au jeu et ont prouvé que ce n’était pas un pur délire de théoricien: ces matériaux créaient bien des comportements jamais vus en optique.

Pourtant, John Pendry a été largement critiqué par de nombreux physiciens, preuve que, dans le monde réel comme dans celui des sorciers, les visionnaires sont rarement encensés. Il faut dire qu’il remettait en cause les lois de l’optique établies par Descartes au XVIIe siècle, ouvrant potentiellement la voie à une nouvelle optique révolutionnaire!

Curiosités de laboratoire

Dix ans plus tard, John Pendry calculait comment de tels métamatériaux pouvaient former une vraie cape d’invisibilité – oui, comme celle d’Harry Potter ou presque – en forçant la lumière à contourner un obstacle. En effet, on voit un objet lorsque celui-ci absorbe ou renvoie la lumière, mais si la lumière le contourne, c’est comme s’il n’existait pas à nos yeux. Cependant, la réalisation d’une telle cape est extrêmement compliquée, car il faut fabriquer des motifs réguliers à la surface du matériau, et leur taille doit être du même ordre de grandeur que les longueurs d’onde de la lumière visible, soit moins d’un micromètre.

Il y a 2 ans, des physiciens ont réussi à faire disparaître sous une cape d’invisibilité un objet de 40 micromètres, donc trop petit pour être vu à l’œil nu! Et l’objet n’est dissimulé que pour la lumière infrarouge, pas pour la lumière visible. Ces capes d’invisibilité restent des curiosités de laboratoire.

Nous avons un projet qui vise à contrôler les ondes sismiques en plaçant judicieusement des arbres autour d’une zone à protéger

Sébastien Guenneau, physicien à l’Institut Fresnel à Marseille

Paradoxalement, ce n’est pas dans le domaine optique que les métamatériaux sont les plus prometteurs, tant les difficultés de fabrication limitent les applications. Mais ce concept s’appliquant à tout type d’onde, les spécialistes de l’acoustique et de la mécanique se sont également emparés du sujet avec enthousiasme. Et cela d’autant plus que les longueurs d’onde en jeu sont du domaine du mètre, voire plus, ce qui facilite l’ingénierie.

Leur idée: protégeons un objet en forçant les ondes à le contourner. «Nous avons ainsi un projet, baptisé «Meta Foret», qui vise à contrôler les ondes sismiques en plaçant judicieusement des arbres autour d’une zone à protéger, indique Sébastien Guenneau, directeur de recherches CNRS à l’Institut Fresnel à Marseille. Chaque arbre de la forêt agit comme un résonateur qui piège une petite partie des ondes de surface sismiques. Nous développons aussi un projet en partenariat avec une filiale du groupe Vinci pour protéger des bâtiments sensibles contre les ondes sismiques grâce à des colonnes de béton enfouies à intervalles réguliers dans le sol.»

Détection de tumeurs

Preuve de l’intérêt économique des métamatériaux, quelques start-up se sont créées sur ce sujet, comme Multiwave Technologies à Genève, aidée par la Fondation genevoise pour l’innovation technologique (Fongit). Fondée en mars 2015, cette start-up conçoit et fabrique des dispositifs pour des applications médicales, basés sur les métamatériaux. «Ces derniers nous permettent d’améliorer l’homogénéité des champs magnétiques utilisés dans les appareils d’IRM, indiquent Panos et Tryfon Antonakakis, cofondateurs de Multiwave Technologies. Pour cela, nous partons d’un matériau ordinaire, et nous changeons sa structuration. Nous pouvons ainsi guider les ondes électromagnétiques selon nos souhaits.»

Objectif: détecter plus précocement les tumeurs et pathologies neurodégénératives. Ce projet, «M-Cube», mené par l’Université d’Aix-Marseille, bénéficie de l’équivalent de 4,2 millions de francs suisses de subventions européennes. Le monde de la recherche scientifique est bien plus complexe que celui des sorciers – Harry, lui, se contente d’hériter de la cape d’invisibilité de son père – mais au moins aussi fascinant!

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