Inventions furtives : rendre l’invisible réel

L’envie de devenir invisible est ancienne. Chasseurs et soldats cherchent depuis des siècles à se camoufler, mais les scientifiques se rapprochent de la possibilité de rendre les choses réellement invisibles.

les technologies furtives modernes peuvent non seulement protéger les avions des radars, mais aussi dissimuler les signatures thermiques élevées des caméras infrarouges et empêcher les ondes sonores d’être entendues. Alors, à quel point sommes-nous proches de développer une technologie d’invisibilité ?

Se cacher à la vue de tous

Nous voyons les objets parce que lorsque la lumière interagit avec eux, une partie de cette lumière est absorbée et une autre est réfléchie. La lumière réfléchie atteint nos yeux, ce qui nous permet de voir l’objet.

L’invisibilité, en revanche, consiste à manipuler la lumière de telle sorte qu’elle contourne un objet, comme si celui-ci n’était pas là.Les premières tentatives d’invisibilité ont consisté à utiliser des métamatériaux.Ces matériaux artificiels sont conçus pour avoir des propriétés que l’on ne trouve pas dans la nature. Ils peuvent être utilisés pour manipuler les ondes électromagnétiques, telles que la lumière, d’une manière qui n’est pas possible avec les matériaux naturels.

En 2006, le professeur Sir John Pendry de l’Imperial College de Londres a proposé qu’un métamatériau puisse être utilisé pour créer un « manteau d’invisibilité ». Ce manteau plierait la lumière autour d’un objet, le rendant invisible.

L’année suivante, une équipe de l’université Duke a créé un prototype de ce type de dispositif. Il fonctionnait en courbant les ondes hyperfréquences autour d’un objet, le rendant invisible aux micro-ondes.Ces premiers dispositifs étaient encombrants et ne fonctionnaient que sur une gamme étroite de longueurs d’onde. Ils étaient loin d’un véritable manteau d’invisibilité.

Les recherches se poursuivent. Les scientifiques explorent de nouvelles façons de manipuler la lumière, notamment en utilisant des métasurfaces électromagnétiques.

Ces surfaces minces sont constituées de minuscules structures qui peuvent contrôler les propriétés de la lumière. Elles pourraient être utilisées pour créer des manteaux d’invisibilité plus fins et plus efficaces.

Selon un chercheur en physique théorique :

« Les matériaux d’aujourd’hui seraient comme un cylindre que vous mettriez autour de vous. Mais si vous voulez quelque chose dans lequel vous pourriez vous déplacer, c’est un tout autre problème de conception. »

Furtivité dans le ciel

Bien que nous soyons peut-être encore à quelques années du développement d’un véritable manteau d’invisibilité, certaines choses peuvent déjà rendre les objets effectivement invisibles à d’autres longueurs d’onde : les principes de conception et les matériaux qui cachent les jets militaires (comme l’avion furtif) des radars, par exemple.

Le radar fonctionne en envoyant une salve d’ondes radio et en écoutant les ondes réfléchies par les objets qu’il rencontre. De cette manière, le récepteur radar peut calculer la distance à laquelle se trouve un objet.

Le fait d’être fabriqué en métal fait des avions de très bons réflecteurs de signaux radar et donc très faciles à détecter. Mais deux choses peuvent aider un avion à devenir invisible.

La première est sa forme. Les formes arrondies que l’on trouve sur les avions de ligne sont excellentes pour réfléchir les radars, car quel que soit l’angle d’incidence du signal transmis sur l’avion, une partie de celui-ci reviendra toujours vers le récepteur.

C’est pourquoi les avions furtifs sont presque entièrement construits à partir de surfaces planes et d’arêtes vives : ils dévieront toujours les signaux radar, mais pas directement vers le récepteur.

La deuxième chose est d’éviter de fabriquer l’avion avec des matériaux électriquement conducteurs, tels que les métaux et les fibres de carbone, afin d’améliorer sa transparence radar.

Si ce n’est pas possible, l’avion peut être recouvert d’un matériau spécial absorbant les radars. Ces peintures absorbent les ondes radio et convertissent leur énergie en chaleur, au lieu de les réfléchir.

Un exemple d’un tel revêtement est la « peinture à billes de fer », qui contient des sphères de fer microscopiques dont la fréquence de résonance correspond à celle des radars typiques. Lorsqu’un signal radar frappe l’avion, les billes entrent en résonance et convertissent son énergie en chaleur, qui se dissipe dans l’environnement.

De cette manière,un avion furtif peut effectivement être déguisé en un petit oiseau.Ces matériaux ne sont toutefois efficaces que dans certaines longueurs d’onde, et la puissance de calcul croissante des systèmes de détection radar signifie qu’il est de plus en plus difficile pour les avions de s’y cacher.

Bien sûr, ce ne sont pas seulement les fréquences radio que les avions furtifs doivent être conçus pour éviter.Ils sont souvent peints en noir mat et volent de nuit, et les pilotes sont guidés vers des altitudes où les traînées de condensation sont moins susceptibles de se former, ce qui les rend plus difficiles à repérer dans le ciel.

La chaleur intense produite par leurs moteurs est également un problème.

cela peut être partiellement atténué en injectant de l’air ambiant frais dans l’échappement chaud et en utilisant un tuyau d’échappement en forme de fente pour maximiser le mélange de l’échappement chaud avec l’air ambiant plus frais. Certaines conceptions positionnent même l’échappement au-dessus de l’aile pour le cacher aux observateurs situés en dessous.

Les métasurfaces électromagnétiques de nouvelle génération promettent également une méthode encore plus efficace de redirection des ondes électromagnétiques entrantes, bien que le défi d’éviter la détection par une large gamme de longueurs d’onde demeure.

Il commence à faire chaud ici

Pour les soldats, rester camouflé face à la technologie infrarouge est un problème. Le corps humain émet naturellement environ 200 W de rayonnement infrarouge (IR), ou chaleur – soit à peu près la même puissance que trois ampoules domestiques – et est facile à détecter avec l’équipement approprié.

Un manteau d’invisibilité IR simple et bon marché est une couverture en feuille d’aluminium. les métaux brillants comme celui-ci ont une émissivité presque nulle – la mesure de la capacité du matériau à émettre un rayonnement thermique.

Ceux-ci fonctionnent étonnamment bien pendant une courte période, mais bientôt la chaleur corporelle s’accumule à l’intérieur de la couverture et est facilement détectée. De plus,selon l’émissivité de l’environnement où vous vous cachez,la couverture peut apparaître comme un point froid à la caméra.

Un camouflage plus efficace adapte activement au fond environnemental, comme un caméléon.

« Notre motivation initiale était : pouvez-vous créer des surfaces intelligentes capables d’imiter ces animaux ? »

La réponse est oui, avec des dispositifs à base de graphène.

« En modifiant les propriétés optiques du graphène, vous pouvez créer des surfaces adaptatives que vous pouvez utiliser pour vous camoufler du rayonnement visible, infrarouge et même micro-ondes »,

Le matériau exploite les propriétés optiques de la lumière incidente interagissant avec les électrons à sa surface.En tant que matériau 2D, le graphène est unique en ce sens qu’il possède de nombreux électrons mobiles à sa surface. C’est ce qui le rend si incroyablement conducteur d’électricité.

« Fondamentalement, vous n’avez pas besoin du matériau, vous avez besoin d’électrons. Si vous pouvez contrôler les électrons à la surface du graphène, vous pouvez modifier la réflectivité, l’absorption et le rayonnement thermique. Le graphène est la plateforme qui vous offre ces propriétés optiques réglables »,

Cela se fait en comprimant les ions entre les couches de graphène – un processus appelé « intercalation ».

Ce faisant, il est possible de modifier la mobilité des électrons à la surface du graphène, ce qui permet de contrôler l’optique du matériau – y compris son émissivité.

Il a été fabriqué une veste portable contenant des patchs de graphène qui agissaient comme des pixels dans un écran. Sur le champ de bataille, cela pourrait être utilisé pour correspondre à l’émissivité de fond, rendant le porteur invisible à une caméra IR.

Mais le graphène n’a été isolé qu’il y a peu de temps et il reste des défis à relever concernant l’intégration de matériaux 2D avec des matériaux 3D en vrac.Mais, une fois résolus, ces dispositifs portables capables de masquer à la fois le rayonnement infrarouge et le rayonnement du spectre visible pourraient nous rapprocher d’un pas de plus des manteaux d’invisibilité réels.

Être vu,mais pas entendu

En matière de silence,la nature nous bat. Prenez le papillon empereur du chou africain, par exemple. Comme il est nocturne, il ne se soucie pas d’être vu par ses prédateurs en infrarouge ou en lumière visible. Au lieu de cela, son principal problème est d’être détecté par les chauves-souris utilisant l’écholocation.

Ainsi, ce minuscule insecte a développé le manteau d’invisibilité acoustique parfait dans ses écailles d’ailes et sa fourrure qui absorbe efficacement les appels ultrasonores d’une chauve-souris, empêchant la réflexion et, par conséquent, la détection.

Ce mécanisme ingénieux est le premier métamatériau acoustique naturel connu.

Les métamatériaux acoustiques sont des structures qui peuvent contrôler la façon dont les ondes sonores se déplacent à travers leur structure. Mais, au lieu que ce soient les électrons autour des atomes de carbone régulièrement espacés qui interagissent avec les ondes lumineuses, dans les métamatériaux acoustiques, le réseau périodique de structures interagit avec les ondes sonores.

« Cela nous permet de jouer avec la structure, la géométrie et les matériaux », « Nous pouvons les assembler dans une structure périodique et elle peut réfléchir, réfracter ou absorber certaines fréquences sonores très fortement. »

Le génie de ces structures est qu’elles peuvent absorber les ondes sonores à des fréquences beaucoup plus basses que les matériaux conventionnels, tels que les mousses, et peuvent également être rendues beaucoup plus minces.

« Imaginez une feuille épaisse comme du papier qui bloque le son de la même manière qu’un mur de béton »,

De telles structures pourraient être utilisées pour faire taire les bruits irritants,tels que les systèmes de ventilation ou,sur les avions.

Mais les métamatériaux acoustiques ne se contentent pas d’amortir le bruit ou les vibrations. Ils peuvent également être utilisés pour rediriger les vibrations (si vous vouliez rediriger un tremblement de terre autour des fondations d’un bâtiment, par exemple) et pour exploiter l’énergie des vibrations.

Il est possible d’étudier cette technologie de pointe.

« Il y a beaucoup d’énergie gaspillée provenant des vibrations dans une voiture – le son, par exemple, peut être vraiment ennuyeux », « Si vous pouvez localiser où va cette énergie en la dirigeant à l’aide de métamatériaux, et mettre quelque chose là qui peut siphonner cette énergie, alors vous pouvez la récupérer. »

De tels systèmes pourraient être utilisés pour récolter les vibrations ambiantes afin d’alimenter de petits appareils tels que des capteurs, en particulier dans des endroits difficiles d’accès comme les ponts, les réacteurs nucléaires ou sur les avions.En théorie, alors, les villes du futur en métamatériaux pourraient être silencieuses, récolter de l’énergie, être à l’abri de l’activité sismique et, peut-être un jour, même invisibles.

Du camouflage à l’invisibilité : Le futur est-il invisible ?

L’envie de devenir invisible est ancienne. Chasseurs et soldats cherchent depuis des siècles à se camoufler, mais les scientifiques se rapprochent de la possibilité de rendre les choses réellement invisibles. Que ce soit pour échapper aux radars, aux caméras infrarouges ou simplement pour réduire le bruit, la technologie furtive évolue rapidement. Explorons les différentes techniques et matériaux qui promettent de transformer le rêve d’invisibilité en réalité.

Furtivité et invisibilité : une question de longueurs d’onde

Les premiers efforts pour rendre les objets invisibles utilisaient des techniques pour courber les ondes hyperfréquences autour d’un objet. Ces dispositifs, efficaces sur une gamme étroite de longueurs d’onde, étaient loin d’un véritable manteau d’invisibilité. Aujourd’hui,la recherche se concentre notamment sur les métasurfaces électromagnétiques.Ces surfaces minces, composées de minuscules structures, peuvent contrôler le comportement de la lumière et ainsi potentiellement créer des manteaux d’invisibilité.

Furtivité dans le ciel : L’art de tromper les radars

Bien que l’invisibilité complète ne soit pas encore possible, certaines technologies permettent déjà de rendre les objets “invisibles” à certaines longueurs d’onde. Les avions furtifs exploitent ces technologies pour échapper aux radars.

Les Principes clés des avions furtifs

Forme : Des surfaces planes et des arêtes vives dévient les signaux radar, les empêchant de retourner directement vers le récepteur.

Matériaux : L’utilisation de matériaux conducteurs (métaux, fibres de carbone) est minimisée. Si nécessaire, les avions sont recouverts de matériaux absorbant les ondes radar, comme la “peinture à billes de fer”.

Comparaison des Techniques de Furtivité Radar

| Technique | Description | Avantages | Inconvénients |

| ——————————————– | —————————————————————————————————————————————————————————— | ———————————————————————————————————————————————————————– | —————————————————————————————————————————– |

| Forme spécifique (surfaces planes et arêtes vives) | Conçue pour dévier les signaux radar, les empêchant de retourner directement vers le récepteur. | Réduit la signature radar de l’avion. | Peut impacter l’aérodynamisme et le coût de fabrication.|

| Matériaux absorbant les ondes radar | Revêtements spéciaux (peinture à billes de fer) qui absorbent les ondes radar et convertissent leur énergie en chaleur. | Réduit la réflectivité radar, augmentant significativement la furtivité. | moins efficace sur une large gamme de fréquences, peut être coûteux et demande un entretien régulier. |

| Minimisation des matériaux conducteurs | Utilisation de matériaux non conducteurs pour réduire la réflexion des ondes radar. | Simplifie la conception de l’avion. | Réduit la performance structurelle.|

Il Commence à faire chaud ici : Camouflage Infrarouge

Les soldats, comme les autres, sont reconnaissables par la chaleur émise par leur corps. La technologie infrarouge est facilement trompée.Un manteau d’invisibilité IR simple est une couverture en feuille d’aluminium. Cependant, la chaleur corporelle s’accumule, rendant la détection possible.

Une approche plus efficace est l’utilisation de camouflages adaptatifs, à l’image du caméléon, qui s’adaptent à l’environnement.

Graphène : Des dispositifs basés sur le graphène sont utilisés pour créer des surfaces adaptatives. En modifiant les propriétés optiques du graphène, on peut contrôler la réflectivité, l’absorption et le rayonnement thermique.

Être vu, mais pas entendu : L’invisibilité acoustique

Le papillon empereur du chou africain utilise des écailles d’ailes et de la fourrure pour absorber les ultrasons des chauves-souris.

Métamatériaux acoustiques : ces structures contrôlent la façon dont les ondes sonores se propagent. Elles peuvent absorber les sons à des fréquences plus basses que les matériaux conventionnels et peuvent être rendues plus fines.

Ces technologies offrent des solutions pour :

Réduire le bruit : dans les systèmes de ventilation ou les avions.

Diriger les vibrations : (pour les tremblements de terre)

* Récupérer de l’énergie : à partir des vibrations ambiantes.

FAQ : Questions fréquentes sur l’invisibilité

Q : Qu’est-ce qu’une métasurface électromagnétique ?

R : Une surface mince faite de minuscules structures qui contrôlent la lumière.

Q : Comment les avions furtifs évitent-ils les radars ?

R : En utilisant des formes spécifiques et des matériaux qui absorbent ou dévient les ondes radar.

Q : Qu’est-ce que le graphène dans le contexte du camouflage infrarouge ?

R : Un matériau qui permet de créer des surfaces adaptatives imitant l’environnement.

Q : que sont les métamatériaux acoustiques ?

R : Des structures qui contrôlent la façon dont les ondes sonores se propagent, permettant de les absorber ou de les diriger.