La lumière contient de l’énergie et de la quantité de mouvement qui peuvent toutes deux être utilisées pour diverses manipulations optiques, telles que la lévitation et la rotation. Au cours des dix dernières années, la traction optique de micro- et nano-objets (cellules, atomes, nanoparticules, etc.) a ainsi été démontrée à plusieurs reprises. Elle est même souvent utilisée aujourd’hui en biologie et en nanotechnologie. La traction optique d’un objet macroscopique, en revanche, est bien plus complexe à mettre en œuvre, car elle nécessite évidemment beaucoup plus de puissance.
Une équipe de l’Université des sciences et technologies de QingDao, en Chine, annonce avoir réussi cette prouesse et présente son faisceau tracteur dans la revue Optics Express. « Dans les études précédentes, la force de traction de la lumière était trop faible pour tirer un objet macroscopique. Avec notre nouvelle approche, la force de traction a une amplitude beaucoup plus grande. En fait, elle est supérieure de plus de trois ordres de grandeur à la pression lumineuse utilisée pour entraîner une voile solaire, qui utilise l’impulsion des photons pour exercer une petite force de poussée », a déclaré Lei Wang, premier auteur de l’étude.
Le faisceau tracteur conçu par Wang et ses collaborateurs est parvenu à déplacer un objet composite à base de graphène et de silice (SiO2) : la couche avant était faite de graphène réticulé et la couche arrière de SiO2. Ce matériau a été utilisé sur un pendule de torsion, via lequel les chercheurs ont pu démontrer le phénomène de traction laser d’une manière visible à l’œil nu. Ils ont également utilisé un pendule gravitationnel pour mesurer quantitativement la force de traction du laser ; les deux dispositifs mesuraient environ cinq centimètres de long.
Lorsque l’objet est irradié par un faisceau laser, les molécules de gaz situées à l’arrière de l’objet reçoivent plus d’énergie et donc, "poussent" l’objet vers la source lumineuse. Cet effet, combiné avec la faible pression (5 Pa) de l’environnement dans lequel a été réalisée l’expérience, induit un déplacement de l’objet. La force de traction (0,8 µN) était nettement supérieure à la pression de rayonnement (environ 0,28 nN) ; elle peut en outre être ajustée en modifiant la puissance du laser.
Précisons néanmoins que l’objet composite a été spécialement conçu pour l’expérience et que celle-ci s’est déroulée dans des conditions de laboratoire bien spécifiques (à faible pression atmosphérique). Si l’efficacité de ce faisceau tracteur sur Terre est pour le moment compromise, il pourrait en revanche s’avérer utile sur d’autres planètes : « L’environnement de gaz raréfié que nous avons utilisé pour démontrer la technique est similaire à ce que l’on trouve sur Mars. Par conséquent, elle pourrait avoir le potentiel de manipuler un jour des véhicules ou des avions sur Mars », explique Wang.
Leur étude constitue une preuve de faisabilité convaincante. « Notre travail démontre que la manipulation flexible d’un objet macroscopique par la lumière est réalisable lorsque les interactions entre la lumière, l’objet et le milieu sont soigneusement contrôlées », a déclaré Wang. Cette étude a également mis en évidence la complexité des interactions laser-matière et le fait que de nombreux phénomènes sont encore loin d’être totalement compris, tant à l’échelle macro que micro, ajoute-t-il.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
