Comment masquer thermiquement un objet

de la Royal Society A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences, un groupe international de mathématiciens et physiciens appliqués, comprenant Fernando Guevara Vasquez et Trent DeGiovanni de l’Université de l’Utah, rapportent une manière théorique d’imiter des objets thermiques ou de rendre les objets invisibles aux mesures thermiques. Et il ne nécessite pas de dispositif de camouflage romulien ni de cape d’invisibilité de Harry Potter. La recherche est financée par la National Science Foundation.La méthode permet d’ajuster le transfert de chaleur même dans des situations où la température change dans le temps, selon les chercheurs. 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 en contrôlant le refroidissement d’un matériau pour qu’il cristallise d’une manière particulière.

Ou regardez comment cela fonctionne pour un objet en forme d’Homer Simpson ici. Température d’une plaque soumise à un tir de source thermique ponctuelle au temps t = 0 (il peut s’agir d’une impulsion laser, par exemple). Température de la plaque avec un objet présent. Les isothermes, ou courbes de niveau de température, sont déformées par la présence de l’objet. Cela peut être utilisé par un observateur pour détecter et localiser l’objet. L’objet est entouré de la cape active. Maintenant, les isothermes ressemblent exactement à celles dans le cas où l’objet n’est pas présent, ce qui cache l’objet cerf-volant.Les dispositifs de dissimulation ou d’invisibilité sont depuis longtemps des éléments d’histoires fictives, mais ces dernières années, des scientifiques et des ingénieurs ont exploré comment apporter la science-fiction en réalité. Une approche, utilisant des métamatériaux, plie 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 d’utiliser des pompes à chaleur plutôt que des matériaux spécialement conçus pour cachez 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 au moins du point de vue des mesures thermiques », dit Guevara, « ils peuvent faire apparaître une pomme comme une orange. » Les chercheurs ont réalisé le travail mathématique nécessaire pour montrer qu’avec un anneau de pompes à chaleur autour d’un objet, c’est possible de cacher 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 refléterait ou se plierait autour de l’objet – l’équivalent thermique d’un lampe de poche dans une pièce sombre. La température de cette source de sonde 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 le temps, ce qui a des applications dans la protection des circuits électroniques. Les résultats, disent les chercheurs, pourraient également être appliqués à une administration précise de médicaments, car les mathématiques du transfert et de la diffusion de chaleur sont similaires à celles du transfert et de la diffusion de 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 camouflage visuel.Trouvez une pré-impression de l’étude ici.Après la publication, retrouvez l’étude complète ici.En plus de 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 sont co-auteurs de l’étude.