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Actualité scientifique INSIS

Afin de modifier et de camoufler la signature infrarouge d’un objet, son rayonnement thermique doit être contrôlé. Or ses propriétés intrinsèques compliquent la manœuvre. Des chercheurs de l’Institut Fresnel, du LMGC, du laboratoire EM2C, de l’IEMN et du LIMMS proposent un modèle où des capes en métamatériaux lèveraient cet obstacle. Ces travaux sont publiés dans la revue Optics Express.

Tout corps qui n’est pas gelé au zéro absolu émet un rayonnement thermique, dont la signature spectrale dépend de la température. Cette propriété naturelle d’émission de rayonnement par la matière est, par exemple, utilisée par les systèmes de vision nocturne qui analysent les signatures infrarouges. Si son observation ne pose pas de difficulté, ce rayonnement thermique est soumis à d’importants processus de fluctuation et de dissipation qui complexifient grandement son contrôle. Des chercheurs de l’Institut Fresnel (CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille), du Laboratoire de mécanique et génie civil (LMGC, CNRS/Université de Montpellier2), du laboratoire d’Énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (EM2C, CNRS/CentraleSupélec/Université Paris-Saclay) de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN, CNRS/Université Lille 1/ISEN/UVHC/École Centrale de Lille) et du Laboratory for Integrated Micro Mechatronics Systems (LIMMS, CNRS/Université de Tokyo) ont cependant montré qu’il était théoriquement possible de le modifier à volonté.

Leur modèle utilise une cape en métamatériaux, dont la structuration en volume permet de contrôler le rayonnement thermique. Ces travaux visent en particulier à créer des illusions thermiques, c’est-à-dire à faire en sorte qu’un objet donné reproduise à l’identique la signature infrarouge d’un autre objet, en termes de direction, fréquence et polarisation... Par des analyses théoriques, les chercheurs ont réussi à déterminer les propriétés d’anisotropie et d’hétérogénéité de la cape, soulignant ainsi un problème de fabrication à relever pour les métamatériaux. Ces travaux pourraient trouver à terme des applications dans le camouflage, ainsi que dans tous les domaines où l’on souhaiterait contrôler finement les chemins de propagation pris par le rayonnement thermique.

© Institut Fresnel, IEMN, EM2C, LMGC
Figure 1 : Diagramme de rayonnement thermique par un disque central recouvert d’une cape (à gauche) permettant de reproduire le diagramme d’une ellipse horizontale (à droite). Les deux diagrammes sont identiques au-delà du cercle noir qui est la frontière de la cape. Le mimétisme obtenu est indépendant de la polarisation et de la longueur d’onde.

Références  :
Transformational fluctuation electrodynamics : application to thermal radiation illusion
A. Alwakil, M. Zerrad, M. Bellieud, D. Veynante, F. Enguehard, N. Rolland, S. Volz, and C. Amra
Optics Express (juillet 2017)
DOI:10.1364/OE.25.017343
https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-15-17343

Principal intervenant :
Ahmed Alwakil, doctorant
ahmed.alwakil chez fresnel.fr

Contact chercheur :
Claude Amra – Institut Fresnel
claude.amra chez fresnel.fr

Contact communication INSIS :
insis.communication chez cnrs.fr