Physique Mésoscopique des Ondes                   pour Imagerie en Milieux Complexes

Depuis de longues années, l’homme utilise les ondes pour créer des images. Au début il s’agissait d’images optiques simples que l’on obtenait en illuminant des objets avec de la lumière et, éventuellement, en utilisant un microscope pour avoir une meilleure résolution. Ensuite, les images reconstruites sont arrivées : l’homme a appris à visualiser les objets cachés, invisibles à l’œil nu, en analysant les ondes transmises ou réfléchies par des structures complexes. C’est le progrès de notre compréhension de la propagation des ondes en milieux complexes qui a permis ce progrès et qui a abouti à la naissance de l’imagerie ultrasonore et de la tomographie cohérente optique en médecine, au contrôle non destructif dans les applications industrielles, ou encore aux premières méthodes d’imagerie sismique. Toutes ces méthodes ont, bien sûr, beaucoup évolué depuis leur introduction, mais leurs principes de base sont restés inchangés. Pourtant, grâce aux recherches de nature fondamentale a priori, i.e. aux recherches sans une application immédiate évidente, nous en savons aujourd’hui beaucoup plus sur la propagation des ondes en milieux complexes que ce que les méthodes d’imagerie « standards » utilisent réellement. Nous savons, en particulier, que même dans un milieu complexe, désordonné, non linéaire, ou dynamique, une onde reste toujours une onde et que sa phase n’est jamais complètement perdue ou effacée. Les phénomènes liés à la cohérence de phase des ondes et aux éventuelles interférences qu’elle rend possible, malgré le désordre ou autres complications, sont connus comme « mésoscopiques », par analogie avec les phénomènes similaires en physique du solide où ils ne peuvent être observés que sur de très petits échantillons et à basse température. La compréhension de l’aspect mésoscopique de la physique des ondes commence à donner naissance à de nouvelles approches dans l’imagerie : l’imagerie de l’activité cérébrale ou des courants sanguins par corrélation de la lumière multiplement diffusée a été réalisée il y a quelques années, la technique de retournement temporel est très prometteuse pour augmenter la performance de l’imagerie acoustique, et l’imagerie « sans source », qui utilise le bruit ambiant, vient d’être introduite en sismologie. A son tour, ce progrès spectaculaire motive la recherche fondamentale à explorer les questions que l’on ne se poserait pas autrement. Il en découle les deux principales motivations du GDR :

 Le besoin de stimuler le développement de nouvelles méthodes d’imagerie par échanges intenses entre les chercheurs travaillant dans les domaines différents et par renforcement des liens entre les expérimentateurs et les théoriciens,

 La nécessité de soutenir et de motiver les recherches fondamentales sur les aspects mésoscopiques de la propagation des ondes en milieux complexes, en mettant l’accent sur leur nature interdisciplinaire.

La nature interdisciplinaire de la recherche que l’on conduit dans le cadre de ce GDR est l’un de ses points forts. Il n’est pas rare, effectivement, que les concepts fondamentaux de physique transcendent les frontières entre les disciplines. Néanmoins, dans le domaine de la diffusion des ondes en milieux complexes ce phénomène a pris une ampleur extraordinaire et permet non seulement de tirer des analogies inattendues entre les domaines de recherche aussi éloignés que l’optique atomique et la sismologie, mais aussi de développer des applications très concrètes, inspirées par des idées venues des autres domaines de la physique. Cette interaction forte et de plus en plus fructueuse entre les chercheurs venant de différents domaines de recherche a été initiée par le GDR PRIMA (PRopagation et Imagerie en Milieu Aléatoire) dirigé par Claude Boccara et Roger Maynard (1998-2002) et puis soutenue par son successeur GDR IMCODE (IMagerie, COmmunication, et DEsordre) dirigé par Bart van Tiggelen et Arnaud Derode (2002-2008). Notre GDR bénéficie pleinement de l’expérience que nous avons accumulée en participant au fonctionnement de ces deux GDRs.