Les chercheurs ont développé un concept d'occultation d'eau basé sur des forces électromagnétiques qui pourraient éliminer le sillage d'un objet, réduisant considérablement sa traînée tout en l'aidant à éviter la détection.

L'idée est née à l'Université Duke en 2011 lorsque les chercheurs ont décrit le concept général. En adaptant l'accélération de l'eau environnante au mouvement d'un objet, il serait théoriquement possible d'augmenter considérablement son efficacité de propulsion tout en laissant la mer environnante intacte. La théorie était une extension des travaux pionniers du groupe dans les métamatériaux, où la structure d'un matériau, plutôt que sa chimie, crée les propriétés souhaitées.

Six ans plus tard, Yaroslav Urjoumov, professeur assistant adjoint en génie électrique et informatique à Duke, a mis à jour la théorie en détaillant une approche potentielle. Mais plutôt que d'utiliser un système complexe de très petites pompes comme on l'avait supposé à l'origine, Urzhumov se tourne vers les champs électromagnétiques et la concentration dense de particules chargées trouvées dans l'eau salée.

L'étude paraît en ligne dans la revue Examen physique E le 7 décembre 2017.

"L'idée originale était si grande qu'elle a incité des collègues du Naval Undersea Warfare Center à nous aider à la poursuivre, même s'ils étaient incroyablement sceptiques, " dit Urjoumov, qui faisait partie des chercheurs qui ont travaillé sur l'article original de 2011. "Depuis, nous avons identifié une voie pour matérialiser cette proposition apparemment impossible."

Le nœud du problème abordé est que l'eau est un liquide relativement visqueux qui, lorsqu'il est déplacé, aime tirer son environnement le long de la balade à travers les forces de cisaillement. Un poisson se sent beaucoup plus lourd lorsqu'il est tiré dans l'eau que soulevé à l'air libre à cause de toute l'eau entraînée avec lui.

En plus de tirer essentiellement de l'eau supplémentaire, la traînée peut également être augmentée par la façon dont l'eau s'écoule autour d'un objet. Un objet hydrodynamique avec un fluide s'écoulant doucement le long de sa surface crée beaucoup moins de traînée qu'un objet en blocs qui crée un désordre chaotique, des flux turbulents dans son sillage.

La solution à ces problèmes est de déplacer l'eau à l'écart. En accélérant l'eau autour de l'objet pour correspondre à sa vitesse, les forces de cisaillement et les écoulements turbulents peuvent tous deux être évités.

« Il existe de nombreuses façons de réduire le sillage et la traînée, comme entourer un objet de bulles à faible friction, ce qui est en fait fait avec des torpilles navales, " a déclaré Urzhumov. "Mais vous ne pouvez pas faire grand-chose si vous appliquez simplement des forces à la surface. Cette idée de camouflage ouvre une nouvelle dimension pour créer des forces autour d'un navire ou d'un objet sous-marin, ce qui est absolument nécessaire pour obtenir une annulation complète du réveil."

Urzhumov envisageait à l'origine une sorte de cadre en forme de treillis enveloppant un objet avec des structures minces et de minuscules pompes pour accélérer son écoulement lors de son passage. Mais au fil du temps, il a décidé qu'une approche plus pratique serait d'utiliser des forces "magnétohydrodynamiques".

Lorsqu'une particule chargée traverse un champ électromagnétique, le champ crée une force sur la particule. Parce que l'eau de l'océan est pleine d'ions comme le sodium, potassium et magnésium, il y a beaucoup de particules chargées à pousser. L'idée n'est pas aussi folle que cela puisse paraître :le Japon a construit un prototype de navire à passagers en 1991 appelé Yamato 1 en utilisant ces forces comme moyen de propulsion, mais a trouvé que l'approche n'était pas plus efficace que les hélices traditionnelles.

Dans le nouveau journal, Urzhumov et son étudiant diplômé, Doyen Culver, utiliser des simulations de dynamique des fluides pour montrer comment une cape d'eau pourrait être réalisée en utilisant cette approche. En contrôlant la vitesse et la direction de l'eau entourant un objet en mouvement, les simulations montrent qu'un tel système peut faire correspondre le mouvement de l'eau dans le manteau à celui de la mer environnante.

Cela donnerait l'impression que l'eau à l'intérieur du manteau est complètement stagnante par rapport à l'eau à l'extérieur du manteau, éliminant la traînée et le sillage. Bien sûr, les implémentations pratiques ne sont pas parfaites, donc une traînée et un sillage resteraient dans toute réalisation de l'appareil.

Alors que les simulations utilisaient une coquille occultante moitié de la largeur de l'objet lui-même, les calculs montrent que la coque pourrait théoriquement être aussi mince que vous le vouliez. Un autre résultat important était que les forces à l'intérieur de la coque n'auraient pas à changer de direction à mesure que l'objet accélérait, ils n'auraient besoin que de plus de puissance.

"C'est l'une des réalisations majeures de ce document, " dit Urzhumov. " Si vous n'avez pas à ajuster la répartition des forces, vous n'avez pas besoin de commutateurs électroniques ou d'autres moyens de contrôle dynamique. Vous pouvez définir la structure avec une configuration spécifique et augmenter simplement le courant à mesure que l'objet accélère."

Urzhumov dit que pour qu'un navire ou un sous-marin utilise un tel appareil, il faudrait un réacteur nucléaire pour l'alimenter, étant donné les énormes besoins énergétiques pour masquer un objet de cette taille. Cela ne veut pas dire, cependant, qu'un navire diesel plus petit ne pourrait pas alimenter un dispositif de camouflage plus petit pour protéger les protubérances potentiellement vulnérables de la détection.

Urzhumov dit également que ses théories et ses calculs ont de nombreuses applications potentielles en dehors de l'océan. Des conceptions similaires pourraient être utilisées pour créer un système de propulsion ionique distribuée pour les engins spatiaux ou pour supprimer les instabilités du plasma dans des prototypes de réacteurs à fusion thermonucléaire.

"Je crois que ces idées vont fleurir dans plusieurs de ces domaines, " a déclaré Urzhumov. "C'est une période très excitante."