Modèles et fondamentaux en électromagnétisme

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Analogie micro-ondes

Le principe de l’analogie micro-onde consiste à effectuer un changement d’échelle d’une longueur d’onde de quelques centaines de nanomètres (visible) vers une longueur d’onde de quelques centimètres (micro-ondes), en gardant le rapport entre la taille et la longueur d’onde constant. Ceci permet de modéliser des effets optiques dans des objets de dimensions initiales de quelques centaines ou dizaines de nanomètres. Les cibles sont simplement agrandies (par un facteur entre 104 et 105) en gardant le même indice de réfraction qu’aux longueurs d’onde optiques [Vai-1, Vai-2] (collaboration avec CETHIL).
Figure 1.1 : Mise en évidence expérimentale des conditions de Kerker [Gef-1 : Nature Communications 3, 1171 (2012)].La géométrie des objets est ainsi plus facilement maîtrisable lors de la fabrication et ceci permet surtout de caractériser précisément l’interaction entre l’onde électromagnétique incidente et la cible en amplitude et en phase dans un environnement parfaitement contrôlé (chambre anéchoïque) [Tri-1].
Ce type de mesures peut être réalisé en champ lointain ou en champ proche afin d’étudier les phénomènes à proximité de la cible. En collaboration avec l’université de Cantabria (Espagne), les conditions de Kerker ont été mises en évidence expérimentalement pour la première fois [Gef-1] : les conditions de diffraction nulle en direction avant (zero forward scattering) et de diffraction quasi-nulle en direction arrière (near-zero-backward scattering) d’une particule sub-longueur d’onde ayant un fort indice de réfraction [Gef-1], conditions qui avaient été prévues théoriquement par Kerker en 1983 (figure 1.1).
L’analogie micro-onde permet aussi d’étudier des objets de très grandes tailles en effectuant une translation d’échelle d’une longueur d’onde de quelques mètres vers une longueur d’onde de quelques centimètres, la taille des cibles étant réduite en proportion.
Les études menées dans ce sens concernent la diffraction par des arbres en collaboration avec le L2E (UPMC) [Bel-1] ou l’interaction d’une onde électromagnétique avec la comète « Tchouri » en collaboration avec l’IPAG (Grenoble) [Science 349, 6247 (2015)].

[Vai-1] Rodolphe Vaillon, Jean-Michel Geffrin. Recent advances in microwave analog to light scattering experiments. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2014, 146, pp.100-105.
[Vai-2] R. Vaillon, J.-M. Geffrin, C. Eyraud, O. Merchiers, P. Sabouroux, et al.. A new implementation of a microwave analog to light scattering measurement device. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2011, 112 (11), pp.1753-1760.
[Tri-1] Michael I. Tribelsky, Jean-Michel Geffrin, Amelie Litman, Christelle Eyraud, Fernando Moreno. Small Dielectric Spheres with High Refractive Index as New Multifunctional Elements for Optical Devices. Scientific Reports, 2015, pp.1-7.
[Gef-1] Jean-Michel Geffrin, B. García-Cámara, R. Gómez-Medina, P. Albella, L.S. Froufe-Pérez, et al.. Magnetic and electric coherence in forward- and back-scattered electromagnetic waves by a single dielectric subwavelength sphere. Nature Communications, 2012, 3 (1171), pp.3:1171.
[Bel-1] Sami Bellez, Hélène Roussel, Cyril Dahon, Jean-Michel Geffrin. A rigorous forest scattering model validation through comparison with indoor bistatic scattering measurements. Progress In Electromagnetics Research B, EMW Publishing, 2011, 33, pp.1 - 19.