Décryptage

Les métamatériaux, un long chemin vers l’industrialisation

Posté le 29 juin 2022
par Pierre Thouverez dans Chimie et Biotech

Le développement, depuis les années 2000, de métamatériaux dans les laboratoires de recherche du monde entier, laisse présager une industrialisation à venir pour certains d’entre eux. Voyons dans quels domaines industriels ce phénomène est le plus avancé.

Depuis que la fameuse cape d’invisibilité a été mise au point en laboratoire, en 2015, le grand public a découvert le potentiel des métamatériaux et leurs propriétés inédites. Mais le chemin entre le laboratoire et la chaîne de montage d’une usine est souvent long et compliqué. C’est le cas pour de nombreux métamatériaux, dont les propriétés s’expriment dans des conditions très particulières, difficiles à reproduire hors des laboratoires de recherche.

Pourtant, depuis quelques années des entreprises tentent de développer des produits exploitant des métamatériaux. C’est d’ailleurs le cas pour la cape d’invisibilité. En effet, l’entreprise américaine Hyperstealth Biotechnology Corp a présenté, en 2019, un prototype de cape d’invisibilité, nommé Quantum Stealth. Ce dernier fonctionne sans source d’énergie, et permet de rendre un objet invisible en courbant la lumière provenant de derrière l’objet pour la ramener vers l’avant. Ce prototype, dont l’usage est destiné au domaine militaire, a été présenté dans cette vidéo.

Développer des matériaux reprogrammables

Une autre tendance relative aux propriétés des métamatériaux, qui a émergé depuis quelques années est la capacité de développer des matériaux reprogrammables. Concrètement, une équipe de scientifiques a mis au point un métamatériau à base de silicone et de poudre magnétique, qui va fonctionner comme un interrupteur, s’activant et se désactivant en fonction du champ magnétique ambiant. Les applications industrielles potentielles sont nombreuses, d’autant plus que ce métamatériau se révèle relativement facile à produire, par impression.

Des attelles ont ainsi été imaginées, avec la capacité de s’adapter au fur et à mesure de l’évolution de la blessure, ce qui n’est pas le cas des dispositifs existants aujourd’hui. Mais c’est surtout en termes de stockage d’information numériques que les métamatériaux reprogrammables intéressent l’industrie. En effet, chacune des cellules du métamatériau peut être considérée comme un bit (unité de mémoire d’un disque dur) et fonctionner comme tel. C’est cette propriété qui intéresse actuellement l’industrie, désireuse de réduire la taille de ces cellules pour en exploiter tout le potentiel.

Les lentilles à base de métamatériaux pour une résolution inédite

troisième exemple, les lentilles. Depuis plus de vingt ans, les chercheurs développent des réseaux de nanostructures pour développer ce que l’on appelle des superlentilles. Ces lentilles innovantes, outre leur finesse, ont une résolution qui était jusque-là impossible à atteindre théoriquement. Ces lentilles sont aujourd’hui fonctionnelles, planes, et agissent sur toute la gamme du spectre visible. Elles ont également une résolution inférieure à la longueur d’onde du domaine visible. 

Ces lentilles, généralement composées de dioxyde de titane et d’un substrat de verre, produites par lithographie, permettent aux industriels d’imaginer des dispositifs ultra fins. Ils pourraient, par exemple, remplacer les objectifs des smartphones que nous utilisons quotidiennement, avec un encombrement spatial bien inférieur aux dispositifs existants, tout en proposant une résolution bien meilleure.

Dans le domaine de l’imagerie médicale, ces métamatériaux permettent également d’envisager une amélioration révolutionnaire des performances d’appareils tels que les IRM.

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