Une vague ( une onde venue de dieu sait où) se brise sur des rochers et devient écume... Peut-on imaginer re voir se reformer la même vague à partir de cette écume, c'est-à-dire revivre à rebours les étapes antérieures de son évolution ? Chacun sait que non. Pourtant, des transformations sont réalisables dans des expériences d'acoustique ultrasonore.
Je voulais vous montrer les très beaux graphiques de MATHIAS FINK sur POUR LA SCIENCE…Hélas je n’ai pas encore eu le temps de marier mon nouvel appareil photo reçu en cadeau de NOEL et mon nouveau PC !Je dois donc remplacer par du laïus compréhensible !
Ne nous décourageons pas et utilisons les termes mêmes de M.FINK …..
« Depuis quelques années notre équipe à l'ESPCI a développé plusieurs prototypes de miroirs à retournement temporel . Un tel dispositif se constitue d'un ensemble de petits capteurs piézoélectriques* indépendants (généralement 128). Chacun de ces éléments peut non seulement enregistrer les fluctuations temporelles du champ acoustique*, mais également émettre une onde ultrasonore de forme fixée à l'avance. Il est donc possible d'enregistrer en 128 points de l'espace les variations du champ de pression en fonction du temps, puis de retourner temporellement dans une mémoire électronique les valeurs ainsi mesurées et de forcer chaque capteur à émettre l'onde « renversée ». En termes imagés, il s'agit pour les émetteurs-récepteurs de répéter a l envers ce qu'ils ont entendu a l endroit !!!! »
« Nous voulions étudier des milieux fortement désordonnés où un signal bref n'est pas seulement déformé au cours de sa propagation, mais s'étale dans le temps de façon aléatoire, de la même façon qu'une vague se fracasse …. Autrement dit, peut-on reconstruire facilement une « vague » acoustique après qu'elle a éclaté ?
« Nous avons donc conçu une expérience dans laquelle un milieu désordonné diffuse fortement les ultrasons : il s'agit d'une forêt d'environ 2 000 tiges métalliques parallèles de 0,8 mm de diamètre, disposées au hasard. Les tiges sont immergées dans l'eau de façon suffisamment dense - il y en a environ 16 par cm.. On envoie un signal ultrasonore bref (durée : 1 microseconde, longueur d'onde moyenne : 0,43 mm) à travers la forêt de tiges. Nous sommes en régime de forte « diffusion multiple » : le signal transmis contient les échos multiples dus aux réflexions de l'onde incidente sur les tiges et s'étale sur plus de 250 fois la durée de l'impulsion initiale. Cela correspond à des trajets au sein de l'échantillon d'environ 150 fois la distance moyenne entre deux tiges ! L'onde transmise à travers ce milieu, tout comme une vague se brisant sur les rochers, a perdu toute trace apparente de l'ordre initial (cohérence, directivité, résolution temporelle). - pour qu'une onde acoustique y subisse de très nombreuses diffusions successives…. Avec ( nos) 128 capteurs, nous enregistrons l'onde parvenue pendant une durée de 250 ms, puis procédons au retournement temporel et à la réémission des ondes à travers l'ensemble de tiges. On note alors une étonnante recompression : le signal mesuré au niveau de la source retrouve sa durée initiale, soit environ 1 ms ! Cette observation nous a doublement surpris. On aurait pu a priori penser que, comme dans la plupart des situations, la moindre perturbation du milieu diffusant, le plus infime déplacement d'une des tiges par exemple, aurait brisé la réversibilité et conduit à un signal méconnaissable. Mais le constat est là : les multiples diffusions subies par l'onde réémise n'ont pas empêché celle-ci de revivre exactement les étapes antérieures de sa propagation et de se reconcentrer sur la source. !!! »
( avouez chers lecteurs que tout cela , c est plutôt bluffant !)
« Deuxième surprise, la focalisation atteinte est bien meilleure que dans le cas d'un milieu de propagation homogène (l'eau sans les tiges). Par exemple, dans le cas particulier présenté le faisceau ultrasonore recréé à travers les tiges est six fois plus fin que dans l'eau seule. En faisant varier la distance source-miroir ainsi que la concentration des tiges, nous avons pu observer des résolutions aussi petites que 0,5 mm, pour une longueur d'onde moyenne de 0,43 mm.
« Ce résultat nous avait d'abord semblé paradoxal : naïvement, on s'attendrait à ce que les multiples diffusions dégradent la qualité de la focalisation. En réalité, l'effet d'hyper résolution obtenu ne viole pas les lois classiques de la diffraction des ondes et peut, comme nous allons le voir, s'interpréter simplement. En milieu homogène, la théorie de la diffraction stipule que la taille du faisceau reformé par le miroir est à peu près inversement proportionnelle à la taille du miroir. Cela, nos expériences précédentes l'ont bien vérifié.
« Dans le cas des multiples diffusions par les tiges, l'onde initiale perd toute directivité. Il se développe alors, au sein du milieu, un « halo » ultrasonore d'autant plus large que le nombre de diffusions successives est élevé. Or après retournement temporel, l'onde emprunte au retour les mêmes chemins qu'à l'aller. A ce stade, tout se passe comme si le « halo » de diffusion multiple jouait désormais le rôle de source. Et comme le diamètre angulaire de ce halo est bien supérieur à celui du miroir acoustique, la résolution en ressort améliorée puisqu'elle est inversement proportionnelle à la taille de la source ré émettrice…….
« On peut même remplacer la source par un objet passif, silencieux : dans ce cas, la focalisation des ultrasons en son endroit s'obtient en envoyant un signal étendu, en recueillant l'écho réfléchi par la « source » et en renvoyant l'écho inverse. Au contraire d'un système figé comme une lentille convergente qui ne peut focaliser qu'en un point fixe, le miroir à retournement temporel est donc un système souple, adaptatif, capable de focaliser de l'énergie acoustique sur une cible quelle que soit sa position, et de suivre son éventuel déplacement » .
Mais il ya encore plus fort :supposons que nous soyons encore plus mal lotis !. "Ainsi, en renvoyant 250 ms carrément de bruit dans un milieu désordonné, on parvient à recréer à un instant particulier , le »temps focal » un signal très bref, et ce avec une résolution spatiale plus élevée qu'en milieu homogène ! "
On verra dans la suite les merveilles qu’ on peut alors envisager avec toutes sortes d ondes !( surtout ne me parlez pas de pseudo big bang ou de regle de HUYGENS - FRESNEL multiple ....RESTONS SUR TERRE POUR L INSTANT !
A SUIVRE
Jeu de briques
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Pacman
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