Comment les ondes, comme la lumière ou le son, se propagent-elles à travers le brouillard, la peinture ou les tissus biologiques ? Depuis des décennies, les scientifiques décrivent ce processus grâce à l’équation du transfert radiatif (ETR), qui modélise l’évolution d’une fonction de corrélation du champ, la luminance, lorsque les ondes diffusent. L’ETR est devenue un outil de modélisation fondamental en optique, en acoustique et en astrophysique. Mais elle ignore un ingrédient essentiel : les interférences entre différents chemin de diffusion. En laboratoire, on peut façonner le front d’onde incident de manière contrôlée, provoquant des interférences qui modifient radicalement les propriétés de l’onde qui sort du milieu. Les théories classiques de transport comme l’ETR ne peuvent capturer de tels effets.
Dans deux articles compagnons, des chercheurs de l’Institut Langevin introduisent un nouveau cadre théorique, dénommé théorie du champ radiant (RFT en anglais), qui étend l’ETR aux ondes structurées et cohérentes. Plutôt que de décrire des corrélations de champ, leur théorie introduit une radiance matricielle qui conserve les interférences entre canaux. Elle permet ainsi de prédire les propriétés de transmission d’états particuliers, les canaux propres de transmission, que l’on peut exploiter pour traverser efficacement un milieu désordonné. Cette théorie montre comment ces états dépendent de la géométrie du milieu, et explique pourquoi même des systèmes opaques peuvent devenir complètement transparents pour certains fronts d’onde.
La théorie proposée dépasse les limites des approches précédentes. Contrairement à la théorie de Dorokhov-Mello-Pereyra-Kumar (DMPK), limitée à des milieux diffusifs confinés, la RFT demeure valide dans un régime quasi-ballistique et intègre naturellement des effets réalistes tels que l’absorption et le contrôle partiel des canaux, jusqu’à présents restés hors de portée des théories ab initio.
L’article paru dans Physical Review Research [1] développe le formalisme en détail et l’applique à des géométries de référence comme les guides d’onde et les “slabs", tandis que l’article paru dans Physical Review Letters [2] présente les équations centrales de la RFT et les valide numériquement. Ensemble, ces articles posent les bases d’une théorie du transport cohérent, reliant la théorie du transfert radiatif au façonnage de front d’onde.
Références :
[1] Radiant Field Theory : A Transport Approach to Shaped Wave Transmission through Disordered Media
D. Gaspard, A. Goetschy
Phys. Rev. Lett. 135, 033804 (2025)
[2] Transmission eigenvalue distribution in disordered media from radiant field theory
D. Gaspard, A. Goetschy
Phys. Rev. Res. 7, 033071 (2025)
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