Rendre un verre de lait transparent !

Les milieux opaques réfléchissent fortement la lumière si bien qu'on ne peut généralement pas voir à travers. Toutefois ils peuvent apparaitre transparents s'ils sont traversés par une combinaison spécifique d'ondes incidentes. Des chercheurs de l'Institut Langevin (CNRS/ESPCI ParisTech) sont parvenus à obtenir à la demande une transmission ou une réflexion totale des ondes acoustiques traversant un milieu désordonné bidimensionnel. Ils démontrent ainsi comment rendre n'importe quel milieu opaque parfaitement transparent ou réfléchissant. Ces travaux sont publiés dans Physical Review Letters.

Le lait, le papier, ou la neige sont des milieux désordonnés optiquement opaques. Ils sont composés d'un dédale de particules disposées de manière aléatoire. La lumière est fortement diffusée par ces particules si bien que seule une fraction infime de celle-ci arrive à les traverser. Ainsi, une onde plane unique ne peut se faufiler au sein de tels milieux. Toutefois, il y a trente ans, des théoriciens ont démontré qu'une combinaison de plusieurs ondes planes provenant de différentes directions pouvait interférer de manière constructive et arriver à traverser un milieu opaque comme s'il était parfaitement transparent. Ce résultat a considérablement intéressé la communauté scientifique, mais, bien que beaucoup de travaux passés mentionnent l'existence de ces canaux "ouverts" dans les milieux diffusants, ils n'ont jamais été mesurés. Pour accéder à ces canaux, il faut en effet pouvoir contrôler parfaitement les ondes entrant et sortant du milieu, c'est à dire avoir la capacité d'illuminer et d'observer le milieu dans toutes les directions possibles, et ce avec suffisamment de précision. Ceci se révèle être particulièrement difficile en pratique. Ce concept est donc longtemps resté une curiosité pour les théoriciens et un doux rêve pour les expérimentateurs.

Les chercheurs de l'Institut Langevin (CNRS/ESPCI ParisTech) ont étudié la propagation d'ondes acoustiques (des ultrasons) à travers un guide d'onde désordonné: une plaque métallique d'aluminium percée de trous aléatoirement distribués, constituant les diffuseurs. Des impulsions laser génèrent une onde élastique depuis 50 points distincts à l'entrée du milieu, et l'onde transmise par celui-ci est mesurée sur 50 points en sortie. Les chercheurs obtiennent ainsi une matrice de diffusion "entrée-sortie" qui leur permet de calculer la combinaison d'ondes incidentes permettant d'accéder aux "canaux ouverts" du milieu. Ils prouvent ainsi qu'une combinaison d'ondes entrantes associée à un "canal fermé" rend le milieu parfaitement réfléchissant et qu'une combinaison d'ondes entrantes associée à un "canal ouvert" le rend totalement transparent.

Ces résultats illustrent comment les effets d'interférence induits par le désordre peuvent aider une onde à trouver son chemin à travers un dédale de diffuseurs. Ils fournissent la première démonstration expérimentale de prédictions théoriques anciennes et pourraient aider à concevoir des schémas optimaux pour la transmission de données et pour les télécommunications par fibres optiques.



Pour plus d'information voir:
- http://www.cnrs.fr/insis/recherche/actualites/2014/verre-lait.htm
- http://www.institut-langevin.espci.fr/seeing_the_glass_of_milk_as_all_empty