Mathias Fink

En 1987, en exploitant les symétries de l’équation des ondes, Mathias Fink a proposé le concept de « miroirs à retournement temporel » qui permet de faire revivre à une onde sa vie passée dans les milieux les plus complexes[5] - [6]. Avec son équipe, il a réalisé de tels miroirs pour différents types d’ondes (sonores, ultrasonores, sismiques, électromagnétiques, et vagues) et il a testé expérimentalement leur efficacité dans les milieux de propagation les plus variés.  Un résultat important de cette recherche a été de montrer que, plus le milieu de propagation est complexe, plus il est facile de faire revivre à une onde sa vie passée. La complexité devient un atout et une unique antenne à « retournement temporel », immergée dans un milieu diffusant ou réverbérant, permet de focaliser une onde sur une tache dont la dimension ne dépend plus de la taille de l’antenne.  Ces miroirs trouvent de nombreuses applications en médecine (imagerie médicale, lithotritie, thérapie du cerveau), pour la détection sous-marine, la sismologie, le contrôle non-destructif, les télécommunications électromagnétiques à haut débit et pour la domotique. Dernièrement, avec son collègue Emmanuel Fort, il a introduit le concept de « Miroir Temporel Instantané » qui permet de concevoir des « matériaux variant en temps » aux propriétés étonnantes[7].

Avec son équipe, Mathias Fink a mis au point en 1997 le premier échographe ultrasonore ultra-rapide (10 000 images par seconde) fonctionnant sur le principe du retournement temporel[8]. Avec une telle cadence d’images, il a montré qu’on pouvait observer les ondes de cisaillement de basse fréquence qui se propagent dans les tissus et en déduire une image de l’élasticité des tissus avec une résolution millimétrique. Il a introduit le concept d’imagerie multi-ondes où une onde (les ultrasons) sert à observer la propagation d’une autre onde (ici les ondes de cisaillement). Il a aussi introduit les concepts de « Transient Elastography » et de « Shear Wave Elastography». Ces recherches se sont concrétisées par la commercialisation de deux appareils très innovants : le Fibroscan et l’Aixplorer par deux des sociétés issues de son laboratoire : Echosens et Supersonic Imagine.

Ces méthodes sont aujourd’hui utilisées en routine pour la détection de nombreux types de cancer (sein, thyroïde foie, prostate), pour le diagnostic des maladies cardiovasculaires, des maladies du foie, des pathologies musculosquelettiques[9]... Une autre application de l’imagerie ultrarapide ultrasonore initiée par Mathias Fink et son équipe est de permettre une imagerie des flux sanguins avec une sensibilité telle qu’on peut suivre l’activité cérébrale d'un patient ou d'un petit animal avec une très bonne résolution temporelle et spatiale.

Mathias Fink et son équipe ont montré qu’en utilisant le principe du retournement temporel dans certains métamatériaux, on peut focaliser des ondes électromagnétiques, ou des ondes acoustiques, sur des taches focales de dimension bien plus petite que la limite de diffraction (avec une résolution typique d'un trentième de longueur d'onde), c’est le concept de « Resonant Metalens »[10] - [11].

Mathias Fink et son équipe ont exploré l’approche « retournement temporel » en imagerie, et ils ont introduit les concepts de retournement temporel itératif et d’opérateur de retournement temporel qui sont à la base de nouvelles approches pour imager les milieux hétérogènes complexes. C’est le concept d’imagerie matricielle où on mesure à partir d’un réseau d’antennes « la matrice de réflexion » d’un milieu diffusant dont la « décomposition en valeurs singulières », permet d’obtenir une image du milieu sans aucune aberration[12] - [13].  C’est un domaine dont les applications concernent aussi bien l’imagerie ultrasonore que la microscopie optique. Un autre aspect des méthodes matricielles en milieu diffusant introduit par son équipe utilise la mesure de « la matrice de transmission »[14] d’un milieu afin de corriger son effet. Avec cette technique ils ont montré qu’on pouvait voir à travers un milieu diffusant opaque[15].

Mathias Fink et son collègue Geoffroy Lerosey ont été à l’origine en 2013 de l’invention des « miroirs intelligents » qu’ils ont développés pour les ondes électromagnétiques qui sont aujourd’hui appelés RIS (reconfigurable intelligent surface) et qui permettent de contrôler le champ électromagnétique dans des environnements complexes comme un bâtiment ou une ville afin d’optimiser les transmissions entre des stations de base et les utilisateurs[16] - [17]. Ce concept est désormais étudié par de nombreux laboratoires et a été sélectionné comme une des pistes principales pour le développement de la 6G.  (Création en 2015 de la société Greenerwave[18]).

• Retournement temporel

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