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Posté par Redbran le Samedi 15/07/2017 à 00:00
Le mouvement impossible des ondes dans un "tapis de fakir"
Dans le domaine des ondes, certaines trajectoires comme le demi-tour en U, sont considérées comme impossibles. Des chercheurs de l'Institut Langevin, de l'Institut Fresnel, de l'Imperial College de Londres et de Multiwave Technologies ont montré que les ondes élastiques pouvaient pourtant, dans certains milieux, les suivre. Ces travaux ont permis de valider un modèle théorique simplificateur et sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Pour tester un nouveau modèle, rien de tel qu'anticiper un résultat aberrant. Les théorèmes du mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute personne faisant des mathématiques la base de son activité principale. Ce terme recouvre une...) Richard Craster décrivent très bien la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une...) des milieux continus, mais pourraient également considérablement simplifier les simulations sur la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) des ondes. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Langevin (CNRS/ESPCI ParisTech) et de l'Institut Fresnel (CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Marseille) ont donc voulu tester les limites de ces travaux.

L'équipe a calculé qu'il serait possible de faire faire un demi-tour en U à des ondes, ce qui n'a jamais encore été observé. Leur dispositif expérimental consiste en une plaque de duraluminium de 0,5 millimètre d'épaisseur, fichée de vis à intervalle régulier à la manière d'une planche de fakir. Ces vis fixent la plaque pour l'empêcher de vibrer, mais les ondes mécaniques circulent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) de même entre ces points. Une pointe vibrante agite la plaque en son centre tandis que les chercheurs scannent l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) pour cartographier l'état de la vibration en fonction de la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi...) initiale. Ces expériences montrent que dans ce milieu particulier, un simple changement de la fréquence d'excitation permet de transformer une émission isotrope, où la direction de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) ne modifie pas ses caractéristiques, en un faisceau directif. Les ondes peuvent alors adopter un comportement parabolique et opérer divers mouvements considérés impossibles, comme le demi-tour en U.


© Gautier Lefebvre, ESPCI/Langevin
Simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) de trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) de flexion dans une plaque vissée périodiquement à une fréquence pour laquelle l'anisotropie (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction. Quelque chose d'anisotrope pourra présenter différentes caractéristiques selon la direction.) effective est extrême

Outre le gain de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que permettent ces théorèmes par rapport aux autres systèmes plus lourds, de nombreuses applications sont déjà envisagées. Ce contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des ondes pourrait intéresser la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) dans les télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le terme synonyme officiel «communication électronique». Elles se...), tandis que le dispositif en tapis de fakir pourrait être reproduit à très grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de...) pour dissiper l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) sismique.

Références:
Unveiling extreme anisotropy in elastic structured media
Gautier Lefebvre, Tryfon Antonakakis, Younes Achaoui, Richard Craster, Sebastien Guenneau, Patrick Sebbah
Physical Review Letters 118, 254302 (2017)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.254302

Contacts chercheurs:

Patrick Sebbah - Institut Langevin
Sébastien Guenneau - Institut Fresnel
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