INvisibilité et chaleur : oPtique trAnsformationnelle pour un Contrôle des flux Thermodynamiques – INPACT

Ces dernières années ont vu émerger de véritables concepts de rupture dans le domaine de l’invisibilité optique*. Le succès considérable de ces concepts a conduit à leur extension à d’autres domaines disciplinaires comme l’acoustique, la mécanique des fluides ou l’élasto-dynamique. Ainsi sont apparues des capes de « silence », des capes « à vagues », des capes « antisismiques »… Les enjeux sociétaux sont bien évidemment considérables, notamment pour certaines applications phare liées à la protection contre les tsunami et les séismes, mais aussi plus simplement pour la protection ou la furtivité optique, acoustique, mécanique…

L’extension rapide de ces outils optiques à plusieurs domaines de la physique résulte de la similarité des différents systèmes d’équations pour les ondes, du moins sous certaines approximations. Il était moins naturel, dans ce contexte, de se pencher sur le problème de la chaleur, compte tenu de son caractère diffusif eu égard à la propagation des ondes.

Le présent projet a ainsi pour objectif d’étendre ces concepts d’invisibilité et les méthodes associées au domaine de la thermodynamique, et plus exactement au contrôle des flux de chaleur.

Il s’agit ici de donner plus de souplesse aux équations spatio-temporelles de la chaleur (diffusion/conduction/convection) pour permettre la conception de géométries bi- et tri-dimensionnelles permettant le contrôle ciblé des écoulements de flux : contournement d’une zone spécifique, concentration ou « aspiration » dans ces zones, déploiement des flux, rotation et guidage multidirectionnel…

L’analogie optique/thermique n’est pas immédiate mais trouve son sens dans le plan de Fourier pour des milieux optiquement absorbants. Ceci nous amènera, plus généralement, à analyser la pertinence de la transposition d’un ensemble de concepts optiques aux applications thermodynamiques, notamment les notions de résolution, de réseau, d’exaltation et de microcavités.

La réalisation de démonstrateurs, pour différentes échelles de longueur et de temps, jalonnera chaque étape du projet, pour valider les concepts proposés. Les applications potentielles concernent les échanges thermiques, l’intégration de puissance et la microélectronique, voire l’habitat ou l’énergie, la défense.

Ce projet apparaît exploratoire et novateur, dans un contexte où le terrain scientifique était encore quasi-vierge en 2012 à l’échelle internationale (régime spatio-temporel). Depuis la publication en 2012 (Optics Express) par les auteurs de ce projet, 2 équipes étrangères, à Harvard et Karlsruhe, ont validé expérimentalement quelques-unes des premières idées publiées.


*Pour mémoire, la notion d’invisibilité est définie ici relativement à un mode de détection donné ; cela signifie par exemple que le signal perçu par le détecteur en sortie de système n’est pas modifié par la présence de l’objet, alors invisible, à l’intérieur du système. Cette opération est réalisée à l’aide d’une « cape d’invisibilité » mettant en jeu des méta-matériaux.