Dans des milieux complexes, la propagation des ondes s’accompagne de plusieurs phénomènes (dispersion, déformation du front d’onde, interférences, atténuation) qui mènent à une mauvaise focalisation temporelle et spatiale. Plus précisément, la propagation sur des trajets multiples déforme et allonge le signal. Dans des milieux réverbérants, la distorsion est si forte que le signal initial peut ne pas être reconnu, limitant ainsi l’efficacité ou le débit de la communication.

Parmi les nombreuses techniques visant à résoudre ce problème, le retournement temporel est une méthode particulièrement puissante et universelle qui exploite la diffusion multiple et ne nécessite pas de connaissance préalable du milieu de propagation. Il consiste à générer une impulsion courte à partir d’un émetteur situé en une position spatiale A et à enregistrer l’amplitude du signal détecté sur un récepteur en position B. Ce signal correspond à la réponse impulsionnelle du canal de transmission de A à B. Ensuite, ce signal est retourné dans le temps et émis à partir d’un émetteur placé en B. En raison de l’invariance de l’équation de propagation des ondes par retournement temporel, l’onde émise par B, en se propageant à travers le milieu, va se refocaliser à la fois temporellement et spatialement en A. Une forte réverbération améliore même la qualité de la refocalisation. Le canal de transmission de B vers A devient alors utilisable en pré-corrigeant le signal émis depuis B.

D’abord proposée pour les ondes acoustiques et appliquée au domaine médical, la focalisation temporelle et spatiale assistée par retournement temporel a ensuite été démontrée avec des ondes électromagnétiques étroites dans une chambre réverbérante. Appliqué aux communications sans fil et aux radars dans des environnements naturels ou urbains, le retournement temporel des ondes électromagnétiques est très prometteur car il pourrait considérablement améliorer leur directionnalité et leur portée. Cependant, de telles applications imposent quatre critères de performance exigeants (fidélité de phase, compatibilité avec une durée de signal de l’ordre de la µs, bande passante en GHz et latence inférieure à la ms), qui sont impossibles à satisfaire simultanément avec les techniques actuelles de pointe.

Le projet ATRAP (Analog Time Reversal mirror based on an Atomic Processor) vise à développer la première architecture de retournement temporel pour des signaux électromagnétiques répondant à toutes les exigences pour la focalisation des ondes RF à large bande dans des milieux complexes non stationnaires. Cette architecture sera basée sur un processeur atomique dans lequel des transitoires optiques cohérents seront mis en œuvre dans un cristal dopé aux ions de terres rares. Ce projet aura des applications et des développements intéressants dans la guerre électronique et les communications sans fil.