Présentation

Les missions du groupement sont :

  • D’accélérer le transfert de nouvelles connaissances dans le domaine de la physique des ondes dans les milieux complexes, de la recherche fondamentale à la recherche appliquée
  • De stimuler le développement de nouvelles méthodes de contrôle et d’imagerie des ondes en milieu complexe
  • De motiver la recherche sur les aspects fondamentaux de la propagation des ondes dans les milieux complexes avec un accent particulier sur leur interdisciplinarité
  • De renforcer les liens entre les communautés (opticiens, acousticiens, physiciens des atomes froids, sismologues) travaillant sur ces questions

Nous utilisons les ondes depuis longtemps pour transmettre de l’information ou produire des images. Aujourd’hui, il est relativement aisé d’obtenir des images d’objets invisibles à l’oeil nu par reconstruction, grâce à la tomographie par cohérence optique ou l’imagerie ultrasonore, à l’imagerie sismique ou très généralement au contrôle non destructif dans l’industrie. Depuis quelques années, il est même devenu possible d’améliorer et d’aller au-delà des méthodes d’imagerie « traditionnelles » en exploitant efficacement les signaux non balistiques qui sont diffusés de nombreuses fois à l’intérieur des milieux très désordonnés. Proche des problèmes d’imagerie, la question du contrôle des ondes par caractérisation et/ou ingénierie d’un milieu complexe est depuis peu également un domaine en plein essor. Il s’agit ici par exemple de façonner un front d’ondes de façon contrôlée de manière à focaliser de la lumière en sortie d’un milieu complexe, ou de fabriquer un milieu complexe de telle sorte qu’une onde s’y propage selon un schéma pré-établi. De façon générale, toutes ces nouvelles approches ont été rendues possibles par une meilleure compréhension de la propagation des ondes en présence de désordre, et en particulier des phénomènes dits « mésoscopiques », liés à la cohérence de phase de l’onde et aux éventuelles interférences qu’elle induit. Ces effets, originellement l’apanage des systèmes de la physique du solide où ils ne peuvent être observés que sur de très petits échantillons et à basse température, sont aujourd’hui couramment explorés avec les ondes classiques (ultrasons, lumière, ondes élastiques, etc.) et les ondes de matières (atomes froids). En pratique, l’étude de la mésocopie des ondes a abouti à l’invention de la spectroscopie des ondes diffusées, qui vise à caractériser les milieux désordonnés contenants des diffuseurs en mouvement, ou encore au développement de l’imagerie sismique exploitant le bruit ambiant. Sur un plan plus fondamental, le contrôle des ondes et des milieux complexes permet aujourd’hui de caractériser très finement le rôle joué par les interférences en présence de désordre. C’est par exemple le cas dans le phénomène de localisation d’Anderson, dont la description expérimentale a récemment atteint une précision sans précédent avec l’avènement de l’optique atomique. Ces progrès spectaculaires poussent aujourd’hui les physiciens à explorer de nouveaux types milieux complexes, notamment à la frontière des milieux désordonnés et ordonnés où apparaissent des corrélations difficilement décrites par les outils habituels de la physique mésoscopique. En optique, l’emploi de matériaux ayant une réponse non linéaire ou encore se présentant sous la forme de géométries confinées a récemment permis la mise en évidence de phénomènes qu’on pensait jusqu’alors très éloignés de la physique des ondes classiques, comme l’effet Hall quantique, la superfluidité ou encore la condensation des ondes. Ces progrès de la recherche fondamentale motivent à explorer des questions pratiques que l’on ne se poserait pas autrement. Il en découle les trois principales motivations du GdR COMPLEXE :

  • Le besoin de stimuler le développement des techniques de contrôle et d’imagerie des ondes en milieu complexe par des échanges entre les chercheurs travaillant dans des domaines différents et par renforcement des liens entre les expérimentateurs et les théoriciens.
  •  La nécessité de soutenir et de motiver les recherches fondamentales sur les aspects mésoscopiques de la propagation des ondes dans les milieux complexes, en mettant l’accent sur leur nature interdisciplinaire.
  • Le soutien à l’exploration expérimentale et théorique de nouveaux types de milieux complexes, avec en particulier le souhait de rapprocher la communauté des ondes dans les milieux désordonnés de celles des ondes dans les matériaux et milieux innovants (milieux corrélés et/ou non linéaires, métamatériaux etc.)

L’un des points forts du GdR COMPLEXE réside dans l’aspect très interdisciplinaire des recherches conduites. S’il n’est pas rare que la physique fondamentale et la physique appliquée s’inspirent l’une de l’autre, ce caractère a pris une ampleur extraordinaire dans le domaine de la diffusion des ondes dans les milieux complexes. En effet, d’une part cette physique s’est développée sur un spectre très large allant de l’imagerie optique à la physique mésoscopique des atomes froids, et d’autre part elle a permis la mise en oeuvre d’applications très concrètes inspirées par des idées venues de différents domaines de la physique des ondes. Cette interaction forte et de plus en plus fructueuse entre les chercheurs venant de différents domaines de recherche a été initiée par le GdR PRIMA (PRopagation et Imagerie en Milieu Aléatoire) dirigé par Claude Boccara et Roger Maynard (1998-2002), puis soutenue par ses successeurs, les GdRs IMCODE (IMagerie, COmmunication, et DEsordre) dirigé par Bart van Tiggelen et Arnaud Derode (2002-2008) et MésoImage (Physique Mésoscopique des Ondes pour Imagerie en Milieux Complexes) dirigé par Sergey Skipetrov, Josselin Garnier et Ludovic Margerin (2009-2016).