La méthode théorique peut rendre les objets invisibles à une caméra thermique ou imiter un objet différent.
Pouvez-vous sentir la chaleur? Pour une caméra thermique, qui mesure le rayonnement infrarouge, la chaleur que nous pouvons ressentir est visible, comme la chaleur d'un voyageur dans un aéroport avec de la fièvre ou le froid d'une fenêtre ou d'une porte qui fuit en hiver.
Dans un article publié dans Actes de la Royal Society A: Sciences mathématiques, physiques et de l'ingénieur, un groupe international de mathématiciens et de physiciens appliqués, dont Fernando Guevara Vasquez et Trent DeGiovanni de l'Université de l'Utah, rapportent une manière théorique d'imiter des objets thermiques ou de rendre des objets invisibles aux mesures thermiques. Et cela ne nécessite pas de dispositif de camouflage romulien ou de cape d'invisibilité de Harry Potter. La recherche est financée par la National Science Foundation.
Selon les chercheurs, la méthode permet d'affiner le transfert de chaleur même dans des situations où la température change dans le temps. Une application pourrait être d'isoler une pièce qui génère de la chaleur dans un circuit (par exemple, une alimentation électrique) pour l'empêcher d'interférer avec des pièces sensibles à la chaleur (par exemple, une caméra thermique). Une autre application pourrait être dans les processus industriels qui nécessitent un contrôle précis de la température à la fois dans le temps et dans l'espace, par exemple le contrôle du refroidissement d'un matériau afin qu'il cristallise d'une manière particulière.
Regardez une visualisation de la façon dont la méthode masque un objet en forme de cerf-volant ici :
De gauche à droite : 1. température d'une plaque soumise à un tir de source ponctuelle à l'instant t=0 (il peut s'agir par exemple d'une impulsion laser). 2. température de la plaque avec un objet "cerf-volant" présent. Comme vous pouvez le voir, les isothermes, ou contours de température, sont déformés par la présence de l'objet et cela peut être utilisé par un observateur pour détecter et localiser le cerf-volant. 3. l'objet cerf-volant est entouré de notre cape active. Maintenant, les isothermes ressemblent exactement à celles du cas où l'objet n'est pas présent, ce qui cache l'objet cerf-volant. Crédit : Fernando Guevara Vasquez/Université de l'Utah
Ou regardez comment cela fonctionne pour un objet en forme d'Homer Simpson ici :
De gauche à droite : 1. température d'une plaque soumise à un tir de source ponctuelle à l'instant t=0 (cela pourrait être par exemple une impulsion laser). 2. température de la plaque avec un objet présent. Comme vous pouvez le voir, les isothermes, ou contours de température, sont déformés par la présence de l'objet et cela peut être utilisé par un observateur pour détecter et localiser l'objet. 3. L'objet est entouré de notre cape active. Maintenant, les isothermes ressemblent exactement à celles du cas où l'objet n'est pas présent, ce qui masque l'objet. Crédit : Fernando Guevara Vasquez
Les dispositifs de camouflage ou d'invisibilité ont longtemps été des éléments d'histoires fictives, mais ces dernières années, des scientifiques et des ingénieurs ont exploré comment faire de la science-fiction une réalité. Une approche, utilisant des métamatériaux, courbe la lumière de manière à rendre un objet invisible.
Tout comme nos yeux voient des objets s'ils émettent ou réfléchissent de la lumière, une caméra thermique peut voir un objet s'il émet ou réfléchit un rayonnement infrarouge. En termes mathématiques, un objet pourrait devenir invisible pour une caméra thermique si les sources de chaleur placées autour de lui pouvaient imiter le transfert de chaleur comme si l'objet n'était pas là.
La nouveauté dans l'approche de l'équipe est qu'elle utilise des pompes à chaleur plutôt que des matériaux spécialement conçus pour cacher les objets. Un exemple domestique simple de pompe à chaleur est un réfrigérateur : pour refroidir les produits d'épicerie, il pompe la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. L'utilisation de pompes à chaleur est beaucoup plus flexible que l'utilisation de matériaux soigneusement conçus, dit Guevara. Par exemple, les chercheurs peuvent faire apparaître un objet ou une source comme un objet ou une source complètement différent. "Donc, du moins du point de vue des mesures thermiques", dit Guevara, "ils peuvent faire apparaître une pomme comme une orange."
Les chercheurs ont effectué le travail mathématique nécessaire pour montrer qu'avec un anneau de pompes à chaleur autour d'un objet, il est possible de masquer thermiquement un objet ou d'imiter la signature thermique d'un objet différent.
Le travail reste théorique, dit Guevara, et les simulations supposent une source ponctuelle de chaleur qui réfléchirait ou se courberait autour de l'objet – l'équivalent thermique d'une lampe de poche dans une pièce sombre.
La température de cette source de sondage doit être connue à l'avance, un inconvénient du travail. Cependant, l'approche est à la portée de la technologie actuelle en utilisant de petites pompes à chaleur appelées éléments Peltier qui transportent la chaleur en faisant passer un courant électrique à travers une jonction métal-métal. Les éléments Peltier sont déjà largement utilisés dans les applications grand public et industrielles.
Les chercheurs envisagent que leurs travaux pourraient être utilisés pour contrôler avec précision la température d'un objet dans l'espace et dans le temps, ce qui a des applications dans la protection des circuits électroniques. Les résultats, selon les chercheurs, pourraient également être appliqués à l'administration précise de médicaments, puisque les mathématiques du transfert et de la diffusion de la chaleur sont similaires à celles du transfert et de la diffusion des médicaments. Et, ajoutent-ils, les mathématiques du comportement de la lumière dans des milieux diffus tels que le brouillard pourraient également conduire à des applications dans le masquage visuel.
Référence : « Active thermal cloaking and mimicing » par Maxence Cassier, Trent DeGiovanni, Sébastien Guenneau et Fernando Guevara Vasquez, 12 mai 2021, Actes de la Royal Society A: Sciences mathématiques, physiques et de l'ingénieur.
DOI : 10.1098/rspa.2020.0941
Outre Guevara et DeGiovanni, Maxence Cassier, Chercheur CNRS à l'Institut Fresnel de Marseille, France et Sébastien Guenneau, Chercheur CNRS, UMI 2004 Abraham de Moivre-CNRS, Imperial College London, Londres, Royaume-Uni co-auteur de l'étude.
