L'invisibilité refait son apparition et cette fois la magie ou la science-fiction pourrait bien rejoindre la réalité ! Jugez par vous-même.
Un pas important de plus a été réalisé par des chercheurs américains qui viennent de fabriquer le premier appareil d'invisibilité (cloaking device) dans le spectre visible. Mais n'en espérez pas encore un "cloaking device à la Star Trek" car le dispositif ne fonctionne qu'en deux dimensions, dans une partie bien définie du spectre, à très petite échelle et sur des objets en or.
La plasmonique de surface
Faisons tout d'abord un petit rappel pour comprendre la prouesse technique.
Cette technologie tire profit des propriétés de couplage entre les photons de la lumière et l'oscillation périodique (l'onde) du nuage d'électrons constituant la matière (plasmon) induite par une radiation incidente, leur couplage s'appelant la plasmonique, néologisme formé à partir des termes "plasmon" et "photonique".
Le nuage électronique de surface (appelons-le plasmon) des nanoparticules métalliques (de l'or ou du cuivre en général) a la propriété d'entrer en résonance avec un champ électrique oscillant d'une radiation électromagnétique incidente, et donc de pouvoir en subir les effets.
Ce processus d'interaction lumière-matière est très efficace en terme d'énergie par volume. Cette technologie peut être utilisée dans le domaine de l'optique guidée notamment. Elle permet par exemple de localiser et de diriger une onde lumineuse dans des espaces très inférieurs à la longueur d'onde. Les applications de la plasmonique pourraient révolutionner l'informatique et les techniques de furtivités militaires.
Comment fonctionne un appareil plasmonique ?
Ce processus d'interaction lumière-matière est très efficace en terme d'énergie par volume. Cette technologie peut être utilisée dans le domaine de l'optique guidée notamment. Elle permet par exemple de localiser et de diriger une onde lumineuse dans des espaces très inférieurs à la longueur d'onde. Les applications de la plasmonique pourraient révolutionner l'informatique et les techniques de furtivités militaires.
Comment fonctionne un appareil plasmonique ?
Plusieurs solutions existent. Le nouveau dispositif plasmonique expérimenté ne mesure que 10 microns de diamètre et ne s'applique donc qu'à cette échelle.
L'objet que l'on veut dissimuler doit être placé dans une cavité au centre de l'appareil d'invisibilité. Celui-ci capture le rayonnement incident arrivant devant l'objet et le libère derrière celui-ci, si bien que la trajectoire du rayonnement ne semble pas avoir été déviée. Et par conséquent l'objet placé dans l'appareil devient invisible.
L'objet que l'on veut dissimuler doit être placé dans une cavité au centre de l'appareil d'invisibilité. Celui-ci capture le rayonnement incident arrivant devant l'objet et le libère derrière celui-ci, si bien que la trajectoire du rayonnement ne semble pas avoir été déviée. Et par conséquent l'objet placé dans l'appareil devient invisible.
L'appareil fut mis au point par une équipe de physiciens dirigée par Vladimir Shalaev, un expert en nano-optique et nano-photonique à l'Université de Purdue de West Lafayette, en Indiana, USA.
En 2006, une équipe américano-britannique avait déjà fabriqué un appareil similaire fonctionnant dans le domaine des microondes et espérait l'adapter au spectre visible en 2007, ce qui a été réalisé par Shalaev et son équipe. "Aux fréquences optiques, [les longueurs d'ondes] deviennent très petites, et l'éventail de propriétés des matériaux disponibles est limité", explique John Pendry, physicien à l'Imperial College London, qui a participé aux recherches en 2006.
Actuellement le dispositif ne fonctionne qu'en deux dimensions et à une échelle microscopique. "Le nouvel appareil ne contrôle pas la lumière telle que vous la voyez directement. Ce n'est pas l'invisiblité comme la plupart des gens l'imagine", explique Ulf Leonhardt, physicien de l'Université britannique de St Andrews.
L'équipe de l'Université de Maryland dirigée par Igor Smolyaninov a injecté une lumière cyan polarisée sur un élément en or en utilisant une fibre optique pour l'ajuster précisément. Les ondes lumineuses ou plasmons se sont propagés à travers les électrons dans les deux dimensions de la surface dorée.
"Un appareil d'invisibilité fonctionnant en trois dimensions devrait contrôler les plasmons de façon magnétique et électronique pour les dévier autour de l'objet. Mais en deux dimensions les ondes sont plus faciles à contrôler. Vous pouvez agir soit sur la composante électronique soit sur la magnétique", explique Pendry.
Actuellement le dispositif ne fonctionne qu'en deux dimensions et à une échelle microscopique. "Le nouvel appareil ne contrôle pas la lumière telle que vous la voyez directement. Ce n'est pas l'invisiblité comme la plupart des gens l'imagine", explique Ulf Leonhardt, physicien de l'Université britannique de St Andrews.
L'équipe de l'Université de Maryland dirigée par Igor Smolyaninov a injecté une lumière cyan polarisée sur un élément en or en utilisant une fibre optique pour l'ajuster précisément. Les ondes lumineuses ou plasmons se sont propagés à travers les électrons dans les deux dimensions de la surface dorée.
"Un appareil d'invisibilité fonctionnant en trois dimensions devrait contrôler les plasmons de façon magnétique et électronique pour les dévier autour de l'objet. Mais en deux dimensions les ondes sont plus faciles à contrôler. Vous pouvez agir soit sur la composante électronique soit sur la magnétique", explique Pendry.
Le nouvel appareil est constitué d'anneaux en or concentriques bidimensionnels enroulés autour d'un plastique à base de polyméthyle de méthacrylate.
Lorsqu'un faisceau de lumière (polarisée et monochromatique pour le moment) illumine l'interface séparant deux milieux présentant un indice de réfraction différent (un prisme par exmeple), une partie de la lumière incidente est réfléchie sur la surface tandis que l'autre partie de la lumière est réfractée à travers la surface. 
Le plastique et l'or présentant des indices de réfraction différents, ils courbent les ondes dans différentes directions. En modifiant la combinaison plastique/métal dans l'appareil, l'équipe du Maryland a pu agir sur les plasmons avec suffisamment d'efficacité pour les diriger autour de l'objet, comme l'eau d'une rivière est déviée autour d'un rocher.
"Il est cependant improbable que l'appareil soit parfaitement invisible", reconnaît Pendry.
L'équipe de chercheurs ne précise pas si les ondes peuvent être réfléchies par la surface de l'appareil d'invisibilité. Dans ce cas, un observateur pourrait encore voir l'objet comme un reflet dans une glace.
En l'état actuel, l'appareil ne peut pas être adapté en trois dimensions mais peut malgré tout trouver différentes applications. "Il pourrait être utile dans un proche futur. Il pourrait être utilisé dans les microprocesseurs des ordinateurs. On pourrait utiliser ces plasmons pour communiquer entre différentes régions d'un microchip", a déclaré Leonhardt. "Ils pourraient remplacer la fibre optique pour transporter les signaux. La lumière paraît plus prosaïque dans un processeur qu'un appareil d'invisibilité, mais finalement ce dernier pourrait être plus important d'un point de vue pratique", a expliqué Pendry.
"Il est cependant improbable que l'appareil soit parfaitement invisible", reconnaît Pendry.
L'équipe de chercheurs ne précise pas si les ondes peuvent être réfléchies par la surface de l'appareil d'invisibilité. Dans ce cas, un observateur pourrait encore voir l'objet comme un reflet dans une glace.
En l'état actuel, l'appareil ne peut pas être adapté en trois dimensions mais peut malgré tout trouver différentes applications. "Il pourrait être utile dans un proche futur. Il pourrait être utilisé dans les microprocesseurs des ordinateurs. On pourrait utiliser ces plasmons pour communiquer entre différentes régions d'un microchip", a déclaré Leonhardt. "Ils pourraient remplacer la fibre optique pour transporter les signaux. La lumière paraît plus prosaïque dans un processeur qu'un appareil d'invisibilité, mais finalement ce dernier pourrait être plus important d'un point de vue pratique", a expliqué Pendry.
Dans le même contexte mais utilisant une technique toute différente, rappelons l'existence de la "cape d'invisibilité" mise au point par le Tachi Laboratory de l'Université de Tokyo, dont vous trouverez plus de détails dans l'article consacré à la technologie du futur.
Pour plus d'information, consultez l'article de V.M. Shalaev et al., Nonmagnetic cloak with minimized scattering publié le 11 septembre 2007, celui publié en avril 2007 dans Space Daily et celui de "Scientific American" intitulé "The Promise of Plasmonics", ainsi que l'article publié dans "Sciences et Avenir" N°728 en octobre 2007, intitulé présomptueusement "L'homme invisible, c'est possible !".
Pour plus d'information, consultez l'article de V.M. Shalaev et al., Nonmagnetic cloak with minimized scattering publié le 11 septembre 2007, celui publié en avril 2007 dans Space Daily et celui de "Scientific American" intitulé "The Promise of Plasmonics", ainsi que l'article publié dans "Sciences et Avenir" N°728 en octobre 2007, intitulé présomptueusement "L'homme invisible, c'est possible !".
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