Réflectivité diffuse et Emissivité de Nano Antennes Résonantes Désordonnées – RENARD

Les métasurfaces optiques, fines couches judicieusement nanostructurées, ont la capacité de manipuler la lumière à l’échelle locale, avec des fonctions indépendantes sur plusieurs bandes spectrales. Ainsi, l’émission thermique infrarouge d’une surface peut être modifiée et pilotée à l’aide de nanocavités optiques. Si elles sont aussi largement utilisées pour contrôler la phase, la polarisation ou la diffraction, très peu de travaux ont porté jusqu’à présent sur le contrôle de la diffusion de la lumière, d’autant plus que les structurations restent souvent périodiques.

Or, dans un contexte défense, une surface va avoir une réponse optique qui va permettre de la détecter, l’identifier et éventuellement agir à son encontre. Cette détection optique est très dépendante des scénarios considérés, mais repose fondamentalement sur le rayonnement directement émis par l’objet ou sur le rayonnement renvoyé et peut porter sur plusieurs bandes spectrales.

Dans un contexte civil, obtenir des comportements d’émission et diffusion à façon dans le visible et l’infrarouge peut servir la lutte anti-contrefaçon, mais a aussi des intérêts pour le photovoltaïque ou les vitrages de bâtiments ou de véhicules qui doivent combiner plusieurs fonctionnalités visuelles et thermiques.

Le projet RENARD vise au développement de métasurfaces utilisant des ensembles désordonnés d’antennes permettant le contrôle à la fois de l’émissivité infrarouge et du comportement en diffusion, angulairement et spectralement. Ces dispositifs combinent les propriétés des structures résonantes à l’état de l’art, et des connaissances récemment développées dans le domaine de la diffusion. La réponse optique d’une surface texturée va dépendre de 2 échelles. La première échelle, microscopique, est décrite usuellement via les équations de Maxwell avec des éléments résonants permettant de contrôler le niveau d’absorption ou de transmission. La seconde échelle est à un niveau plus macroscopique et correspond à l’organisation des nanostructurations, qui peut aussi être décrite comme un facteur de structure et va rigoureusement déterminer les directions autorisées de renvoi de la lumière. Le projet vise à associer ces deux éléments pour démontrer des réponses qui seraient compatibles d’applications type furtivité.

Le projet RENARD part de développements théoriques sur les structures désordonnées et de développements de modèles pour permettre la conception, l’optimisation et la fabrication de trois familles de composants. La première famille de composants sont des revêtements présentant un diagramme de rayonnement de diffusion anormal (contrôle angulaire de l’énergie). La deuxième famille de composants sont des revêtements combinant un contrôle angulaire de l’énergie et un comportement résonant, notamment pour des bandes spectrales d’émissions et de diffusions (contrôle spectral de l’énergie). La troisième famille de composants sont des revêtements présentant les propriétés des deux familles précédentes, mais sur des surfaces non planes.

Le projet vise à arriver à une caractérisation expérimentale de ces différents dispositifs fabriqués par lithographie laser, et à développer une maquette de laboratoire grande surface sur substrat souple permettant d’illustrer la capacité de camouflage vis à vis de caméras infrarouge.

Dans ce projet, nous visons plusieurs objectifs :
1. Développer un modèle et implémenter un code de simulation d’ensembles désordonnés de structures résonantes.
2. Démontrer le contrôle spectral simultané de la diffusion et de l’émission thermique par une métasurface.
3. Démontrer le contrôle angulaire non-lambertien de la diffusion par une métasurface désordonnée.
4. Concevoir des métasurfaces combinant un contrôle spectral et un contrôle angulaire (identiques ou différents) sur plusieurs bandes spectrales de manière indépendante.
5. Étendre ces résultats aux surfaces non planes.