Captés par des caméras infrarouges, les objets chauds restent souvent invisibles dans des environnements plus froids. Aujourd'hui, une équipe de recherche scientifique de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign aux États-Unis et de l'Université technique du Danemark ont ​​développé avec succès la première cape d'invisibilité physique capable de guider le flux de chaleur dans un espace tridimensionnel. Non seulement l'appareil élimine le contour thermique d'un objet, le rendant « invisible » du point de vue infrarouge, mais il protège également l'intérieur des températures extrêmes.Les résultats de recherche pertinents ont été publiés dans la revue Nature Communications.

Différent du blocage traditionnel de la conduction thermique, cette cape d'invisibilité thermique tridimensionnelle fonctionne en guidant la chaleur le long d'un itinéraire prédéterminé autour de la zone protégée et en rétablissant l'itinéraire de conduction d'origine de l'autre côté. Pour les caméras infrarouges externes, la répartition du champ de température environnant n'est pratiquement pas perturbée, comme s'il n'y avait aucun obstacle dans l'espace.

Avant cela, la plupart des expériences d’occultation thermique ne permettaient d’obtenir un contrôle que le long d’un plan ou d’une route unique spécifique. Une fois que la chaleur provient d’autres directions, la perturbation de température provoquée par l’objet caché sera toujours exposée. Afin de surmonter le problème de « l'invisibilité omnidirectionnelle », les chercheurs ont effectué des calculs basés sur la théorie de la « thermodynamique de transformation » et ont utilisé une conception précise pour maintenir le champ de température environnant stable lorsque la chaleur contourne des zones spécifiques.

Afin de transformer le modèle mathématique théorique en réalité, l'équipe de recherche a combiné deux matériaux aux conductivités thermiques extrêmement différentes : ils ont utilisé la technologie d'impression 3D pour créer un fin treillis d'aluminium à haute conductivité thermique comme canal de conduction thermique, et ont en même temps coulé un matériau semblable à du caoutchouc qui conduit la chaleur extrêmement lentement dans les interstices. Cette combinaison de matériaux à conductivité thermique élevée et faible crée avec succès un chemin de flux de chaleur contrôlable qui accélère le transfert de chaleur dans certaines zones et restreint d'autres zones, guidant ainsi avec précision l'énergie thermique autour de l'objet à protéger.

Lors de tests en laboratoire, les chercheurs ont placé la cape d'invisibilité entre les extrémités chaude et froide et ont utilisé des caméras infrarouges pour enregistrer le flux de chaleur. Les résultats montrent que, vue de l'extérieur, la zone protégée interne provoque peu de perturbations sur le champ thermique externe et que la température interne reste stable partout. Par la suite, l’équipe de recherche a également mené avec succès des tests d’invisibilité thermique sur des objets irréguliers tridimensionnels, notamment des formes complexes de tête humaine, prouvant ainsi l’adaptabilité de la technologie aux formes géométriques complexes.

Cette technologie ouvrira de larges perspectives d'application dans les domaines du contrôle de la dissipation thermique microélectronique, de la protection des équipements en environnement extrême, ainsi que de la défense et de la sécurité nationales. Par exemple, il peut diriger la chaleur autour de composants électroniques sensibles ou réduire la signature infrarouge des personnes et des machines, les empêchant ainsi d'être détectés par les équipements d'imagerie thermique infrarouge. L'équipe de recherche a déclaré que la prochaine étape des recherches futures consistera à développer une cape d'invisibilité thermique intelligente dotée de capacités de réponse dynamique pour faire face aux besoins de gestion thermique et d'invisibilité des objets internes auto-chauffants.