Métamatériaux : la promesse de l’invisibilité

Un extrait de Métamatériaux acoustiques, électromagnétiques et sismiques – Pour les ondes du nanomètre au mètre par Stéphane BRÛLE, Stefan ENOCH, Sébastien GUENNEAU

L’invisibilité, et à travers elle le contrôle de la lumière, est un thème récurrent de la mythologie avec notamment la Kunée d’Hadès (casque qui rend son porteur invisible, offert par les cyclopes au dieu grec des Enfers), de la littérature fantastique et de la science-fiction anglo-saxonne, qui fraye avec les forces maléfiques dans la célèbre trilogie de John Ronald Reuel Tolkien (l’anneau à détruire, quand il est passé au doigt du héros Frodo, le rend invisible). Sans oublier la célèbre invisibilité, voulue puis subie, de Jack Griffin, l’homme invisible de Herbert George Wells. L’invisibilité acquiert ses lettres de noblesse dans la littérature jeunesse anglaise avec le chat du Cheshire qui apparaît et disparaît à loisir devant les yeux d’Alice Liddell, jeune égérie du romancier britannique Lewis Carroll. Et la littérature française n’est pas en reste avec l’« excellent homme nommé Dutilleul qui possédait le don singulier de passer à travers les murs sans en être incommodé » dans Le Passe-muraille de Marcel Aymé. Cette pléthore de références qui appartiennent à l’imaginaire collectif a assuré un engouement immédiat pour les publications de travaux scientifiques récents sur un contrôle accru de la trajectoire des ondes.

Capes d’invisibilité et autres merveilles

Il existe trois exemples emblématiques illustrant le concept d’invisibilité. Tout d’abord, le phénomène de réfraction négative, prédit par le physicien moscovite Victor Veselago en 1968, et qui permet de focaliser des ondes à travers une lentille plate. Ensuite, les tamis à photons. Des plaques avec des perforations de quelques dizaines de nanomètres au travers desquels l’équipe du physicien norvégien Thomas Ebbesen (université de Strasbourg) a montré en 1998 que la lumière peut se frayer un chemin. Ces tamis à photons s’appuient sur l’existence d’ondes de surface électromagnétiques appelées plasmons. Enfin, les capes d’invisibilité. Proposées par les physiciens britannique Sir John Pendry (Imperial College de Londres) et allemand Ulf Leonhardt (université de Saint-Andrews), les ondes y suivent des trajectoires courbes, à l’instar des géodésiques de la lumière au voisinage des corps massifs célestes dans la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Il y a différentes façons de rechercher l’invisibilité, et cela grâce au truchement de la physique transformationnelle. Celle-ci associe des transformations de l’espace – ou des changements de coordonnées – aux propriétés optiques de matériaux que l’on ne rencontre pas à l’état naturel : les métamatériaux. La force de ce formalisme mathématique, qui s’appuie sur l’invariance de certaines équations de la physique, permettra par ailleurs de jeter des ponts avec d’autres types d’ondes : acoustiques, hydrodynamiques et mécaniques. On pourra ainsi aborder la pertinence de trois types d’invisibilité et s’interroger sur la possibilité d’imaginer de nouveaux camouflages ou de nouvelles protections. Même si l’état de l’art est encore loin de répondre à certains enjeux sociétaux spécifiques (séismes, tsunami, etc.).