Les vagues ne se propagent pas toujours uniformément dans toutes les directions, mais peut former un remarquable "flux ramifié". A la TU Wien (Vienne), une méthode a maintenant été développée pour contrôler ce phénomène.

Dans l'espace libre, l'onde lumineuse d'un faisceau laser se propage sur une ligne parfaitement droite. Dans certaines circonstances, cependant, le comportement d'une vague peut être beaucoup plus compliqué. En présence d'un trouble, environnement irrégulier un phénomène très étrange se produit :Une onde entrante se divise en plusieurs chemins, il se ramifie de manière compliquée, atteindre certains endroits à haute intensité, tout en évitant les autres presque complètement.

Ce type de "flux ramifié" a été observé pour la première fois en 2001. Les scientifiques de la TU Wien (Vienne) ont maintenant développé une méthode pour exploiter cet effet. L'idée centrale de cette nouvelle approche est d'envoyer un signal d'onde exclusivement le long d'une seule branche présélectionnée, de telle sorte que la vague est à peine perceptible ailleurs. Les résultats sont maintenant publiés dans la revue PNAS .

Des particules quantiques aux tsunamis

"Initialement, cet effet a été découvert lors de l'étude des électrons se déplaçant sous forme d'ondes quantiques à travers de minuscules microstructures, " déclare le professeur Stefan Rotter de l'Institut de physique théorique de la TU Wien. " De telles structures, cependant, ne sont jamais parfaits et ils viennent toujours avec certaines imperfections; et étonnamment, ces imperfections provoquent la division de l'onde électronique en branches - un effet appelé flux ramifié. »

Bientôt, il s'est avéré que ce phénomène ondulatoire ne se produit pas seulement en physique quantique. En principe, cela peut se produire avec tous les types de vagues et sur des échelles de longueur complètement différentes. Si, par exemple, des faisceaux laser sont envoyés à la surface d'une bulle de savon, ils se séparent en plusieurs faisceaux partiels, tout comme les vagues de tsunami dans l'océan :ces dernières ne se propagent pas régulièrement à travers l'océan, mais au lieu de cela ils voyagent dans un complexe, motif ramifié qui dépend de la forme aléatoire du fond ondulé de l'océan. Par conséquent, il peut arriver qu'une île lointaine soit durement touchée par un tsunami, tandis que l'île voisine n'est atteinte que par des fronts d'onde beaucoup plus faibles.

"Nous voulions savoir si ces ondes peuvent être manipulées de manière à ce qu'elles ne se déplacent que le long d'une seule branche sélectionnée, au lieu de se propager le long de tout un réseau ramifié de chemins dans des directions complètement différentes, " dit Andre Brandstötter (TU Wien), premier auteur de la publication. "Et comme il s'avère, il est en effet possible de cibler des branches individuelles de manière contrôlée."

Analyser et adapter

La nouvelle procédure ne comporte que deux étapes :d'abord, la vague est autorisée à se ramifier sur tous les chemins possibles comme d'habitude. À l'un des endroits atteints avec une intensité élevée, l'onde est mesurée en détail. La méthode développée à la TU Wien peut alors être utilisée pour calculer comment la vague doit être formée à l'origine, de sorte que dans la deuxième étape, il peut être envoyé le long d'un chemin sélectionné, en évitant tous les autres chemins.

"Nous avons utilisé des simulations numériques pour montrer comment trouver une onde qui se comporte exactement comme nous le souhaitons. Cette approche peut être appliquée en utilisant une variété de méthodes différentes, " explique Stefan Rotter. " Vous pouvez le mettre en œuvre avec des ondes lumineuses qui sont ajustées avec des systèmes de miroirs spéciaux ou avec des ondes sonores que vous générez avec un système de haut-parleurs couplés. Les ondes sonar dans l'océan seraient également un domaine d'application possible. Dans tous les cas, les technologies nécessaires sont déjà disponibles."

Avec cette nouvelle méthode, tous ces différents types d'ondes pourraient être émis le long d'une même trajectoire présélectionnée à partir d'un réseau complexe de chemins. "Cette trajectoire n'a même pas besoin d'être rectiligne, " explique Andre Brandstötter. " Bon nombre des chemins possibles sont courbes - les irrégularités de l'environnement agissent comme un ensemble de lentilles par lesquelles l'onde est focalisée et déviée encore et encore. "

Même des signaux pulsés peuvent être envoyés le long de ces chemins spéciaux, afin que les informations puissent être transmises de manière ciblée. Cela garantit qu'un signal d'onde arrive exactement là où il est censé être reçu; à d'autres endroits, il peut à peine être détecté, ce qui rend l'écoute beaucoup plus difficile.