Thème n° 14 : Ondes, renversement du temps et super-résolution

Salut tout le monde !
Maintenant que la plupart des gens sont en vacances et ont eu leurs résultats, je commence par vous souhaiter bonne vacances à tous !
Pour cette semaine voici un rapport sur un séminaire qui fut réellement passionnant, par la qualité de l'orateur et les applications que représentent le thème qu'il nous présentait

En très gros le thème porte sur la propagation des ondes dans des milieux tels que l'eau par exemple, dont les lois de fonctionnement permettent un "renversement temporel" : cela correspond au fait qu'en enregistrant le signal reçu sur les parois d'une enceinte entourant la source, en inversant ce signal et en le faisant réemmettre par des sources disposées le long de la paroi, les lois de propagation des ondes prédisent que l'on peut arriver à refocaliser l'onde très exactement avec la forme selon laquelle elle a été émise, au point précis où elle a été émise.
Les applications sont multiples, du fait en particulier que cette méthode permet de focaliser des ondes sur des zones très réduites, dépassant de loin les limites de résolution classiques, on peut donc s'en servir pour émettre un signal qui ne sera reçu qu'en un point très précis (communication totalement non espionnable entre 2 sous marins par exemple), ou encore focaliser des ondes de pression sur des points précis, fournissant assez d'énergies pour détruire des cellules malades (applications en médecine : destruction de caillots ou tumeurs depuis l'extérieur du corps en focalisant dessus des ondes sonores).
Voilà pour l'idée, je vous laisse le résumé :

“Ondes, renversement du temps et super-résolution” par Mathias Fink (http://www.loa.espci.fr/_mathias/fr/index.html).

Le renversement du temps est un de ces concepts qui obsèdent toujours bon nombre de physiciens. Si en mécanique classique, comme en physique des particules, de véritables expériences de renversement du temps paraissent encore bien utopiques à réaliser, il s'avère que dans le domaine des ondes, de telles expériences peuvent être mises en œuvre beaucoup plus facilement en utilisant des miroirs à retournement temporel. Nous montrerons que les particularités de l’acoustique et de l’électromagnétisme (dans le domaine des micro-ondes) permettent de réaliser de véritables miroirs à retournement temporel dont les propriétés, en milieu aléatoire, sont très différentes de celles des miroirs à conjugaison de phase étudiés en optique. Nous décrirons un certain nombre de recherches de base, qui montrent l'intérêt d'expériences de renversement du temps dans les milieux de propagation complexes de structure très désordonnée. La conclusion de ces expériences est étonnante : plus le milieu de propagation est réverbérant et « chaotique », plus il est facile de réaliser une expérience de renversement du temps et de focaliser une onde et donc plus la quantité d’information qui peut être communiquée entre deux volumes est importante. Le renversement du temps permet aussi de revisiter complètement le concept de limite de diffraction et de super-résolution et nous montrerons des expériences en micro-ondes où des taches focales de dimension de l’ordre delambda/30 sont obtenues en réalisant des milieux aléatoires de structure sub-longueur d’onde. Les applications de ces concepts sont très variées et nous en décrirons certaines. Elles vont de la thérapie et de l’imagerie médicale au contrôle non
destructif en passant par les télécommunications et la domotique.

Et le rapport correspondant :
Fink

Bonne lecture !

Vraiment TRÈS intéressant!
Mais j'aurais quelques petites questions:
Tout d'abord, les surfaces n'absorbent-elles pas une partie des ondes émises? Faussant ainsi les résultats du renversement temporel...
Et je ne comprends pas pourquoi le tout sera indétectable... ne serait-il pas possible d'intercepter au moins une partie de l'information? Ou alors le système agit comme si les ondes étaient inexistantes jusqu'à ce qu'elles convergent toutes en un point précis?
Il y a aussi que je me demande si quelqu'un pourrait utiliser un système qui détournerait les ondes réfléchies.
Oh! Et une fois l'onde réfléchie, ne continuera-t-elle pas son chemin passé le point d'émission initial? Ce qui impliquerait une reception multiple à intervalle régulier sur 2 temps vu que le système présenté semble réfléchir toutes les ondes.
Merci!

En effet c'est trés intéréssant. Au risque de surchargé R1 de questions ^^ j'aimerais juste avoir quelque renseignement sur les formules données si cela ne le dérange pas. Merci

Promis dès que j'ai un peu de temps je regarde les questions une par une et j'essaye d'y apporter des éléments de réponse !

Merci, de prendre un peu de ton temps pour nous .

Alors désolé je suis pas mal pris en ce moment par mon stage entre autres, mais bon :
@ Payne : 1/ Bien sûr qu'il y a de la dissipation mais cela ne joue que sur l'intensité de l'onde, si tu veux en gros il suffit d'émettre plus fort le signal retour pour compenser, car la phase relative des morceaux d'ondes est à peu près conservée et c'est ça qui permet de refocaliser l'onde précisément. (C'est sûrement bien plus compliqué que ça mais grossièrement c'est ça)
2/Ce n'est pas complètement indétectable c'est juste que le principe même de la méthode fait que partout ailleurs qu'au point visé le signal reçu ne ressemble qu'à du bruit totalement inexploitable, car toutes les ondes émises ne se recombinent en phase correctement qu'au point cible pour donner un signal cohérent. Par contre évidemment la méthode se base au départ sur le fait que tout l'environnement traversé par l'onde est inchangé entre la phase d'enregistrement du signal et celle de réémission inversée, ce qui n'est pas forcément le cas pour la communication sous-marine et pose donc des limites.
3/ Cf ci-dessus : oui en effet si quelqu'un savait qu'un dispositif pareil était en cours d'utilisation il pourrait mettre un gros obstacle nouveau dans l'environnement de l'onde et brouiller ainsi tout le signal.
4/ Oui c'est clairement dit dans le rapport d'ailleurs : l'onde inversée temporellement s'effondre sur elle-même en le point cible puis rediverge dans l'autre sens, c'est inévitable. Quant aux réflexions et réceptions multiples je ne sais pas trop, cela dépend des parois du système, car si le contour réfléchit n'importe comment l'onde qui est déjà passé par le point source cela n'a aucune raison de reproduire un écho du signal qui reconvergerait.

@ DEB : pose moi tes questions précisément, j'essaierai de te répondre, mais j'ai peur qu'à part te dire que ce sont les équations fondamentales de la propagation d'une onde sonore dans un milieu matériel je ne puisse pas faire grand chose...

Je pense que je verrais ces équations l'année prochaine, en programme de Terminale. Merci

Woa! Super tes réponses, R1! Merci! ^^

@DEB : euh ... non désolé mais je ne pense pas que tu fasses de l'acoustique en terminale, il faudra attendre un peu plus je pense, sans doute en gros 2 ans suivant ton cursus. (Corrigez moi si je me trompe ...)

Désolé de parler encore de celui-ci et non de ton #18, mais bon... la vie est ainsi faite
L'effet Dopplet ne devrait-il pas influencer le système mis en place? (parlant de réception en mouvement)
Et ton lien est brisé pour le rapport :'(

Oui désolé, j'ai remis le texte en une couleur plus lisible et changé le lien, je crois qui'ils doivent tous être brisés parce que les rapports ont été déplacés ...
Peux-tu préciser ce que tu veux dire dans ta question ? L'effet Doppler intervient en effet sûrement quelque part mais je ne comprends pas précisément quelle est ta question ...

Edit : J'ai remplacé tous les liens c'est bon

Si le recepteur des ondes reconstituées était en mouvement (mais que les ondes seraient, d'une manière quelconque, tout de même reçu en totalité et interprété), y aurait-il un effet Doppler?
En fait, je pense que je dis n'importe quoi, mais bon xD

Cool j'avais trop envie de lire les rapports !

@Payne : ben... oui, si le récepteur est en déplacement par rapport au milieu il y aura de l'effet Doppler, mais bon je ne sais pas trop où est-ce qu'il interviendrait et si ça a vraiment une importance. Et puis comme cet effet est quand même extrèmement bien connu maintenant je pense qu'on saurait assez bien s'affranchir de ses effets parasites éventuels ...

@Irina : n'hésites surtout pas, il y a de la lecture et tu as évidemment le droit de soulever des questions ou de lancer des débats à la suite sur les thèmes qui t'on intéressée (Ils ne sont pas tous transcendants donc bon ... ^^)