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Cette lumière visible est capable de traverser la matière opaque

Qu’est-ce qu’un milieu opaque ? Pourquoi ne voit-on pas au travers d’un morceau de sucre ? Un milieu opaque est, par définition, un milieu qui ne laisse pas passer la lumière. En réalité, un même support peut être transparent pour la lumière visible et bloquer d’autres longueurs d’onde comme les infrarouges. C’est le cas par exemple du couvercle d’une boîte de CD.

Image 1 : Cette lumière visible est capable de traverser la matière opaque
Crédit : Allard Mosk/Matthias Kühmayer

Un autre exemple plus concret est l’imagerie médicale. Lors d’une radiographie, l’appareil émet des rayons X qui traversent les tissus mous, mais restent bloqués par les os permettant de réaliser une image du squelette. Partant de ce concept, des chercheurs de TU Wien et de l’Université d’Utrecht ont créé une lumière capable de passer au travers un morceau de sucre et de restituer une image précise de l’autre côté.

Des longueurs d’onde particulières

Pour certains matériaux, l’opacité provient de la structure complexe qui le constitue et non de la « matière » en elle-même. Dans le cas du carré de sucre, la lumière pénètre à l’intérieur, mais son chemin est perturbé par les nombreuses réflexions, diffractions et diffusions à chaque rencontre avec les cristaux qui le constitue.

Cependant, les chercheurs viennent de démontrer que pour ces matériaux complexes et désordonnés, il existait une catégorie de longueurs d’onde capables de traverser le matériau sans subir de déformation et permettant de transmettre une information malgré l’opacité du milieu.

Pour la démonstration, les chercheurs ont projeté l’image d’une constellation au travers une poudre blanche constituée de nanoparticules d’oxyde de zinc. Ils ont été capables de récupérer l’image sur un capteur sans déformation majeure malgré une intensité lumineuse réduite.

Difficultés et applications

Le problème de ces longueurs d’onde appelées « scattering-invariant modes of light » que l’on pourrait traduire par modes lumineux invariants par diffusion est qu’elles sont spécifiques à chaque type de milieu. Il ne faudra donc pas utiliser les mêmes ondes pour traverser du sucre ou de l’oxyde de zinc, de la même manière qu’on utilise la lumière visible pour voir une lésion cutanée et les rayons X pour une lésion osseuse.

Néanmoins, avec une bonne connaissance du milieu à traverser, il est tout à fait possible de trouver une ou plusieurs longueurs d’onde appropriées permettant de faire passer l’information. Il est également possible de combiner plusieurs d’entre elles qui seront arrêtées par différents types de matériaux et obtenir, par reconstitution, une image précise de ce qu’il se passe à l’intérieur d’un corps étudié, comme lors d’une IRM par exemple.

Cette découverte ouvre donc un champ de possibles dans divers domaines comme le médical. En ajustant précisément les longueurs d’onde pour qu’elles puissent passer au travers de la membrane, il serait théoriquement possible pour des chercheurs d’observer directement le fonctionnement interne d’une cellule. Une révolution pour la recherche donc, mais qui nécessitera encore du temps et beaucoup de travail avant d’aboutir à une application concrète.

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Source : phys.org