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Des écoles et des hôpitaux équipés pour ne pas ressentir les effets d'un séisme... Des chercheurs du CNRS ont imaginé à l'Institut Fresnel de Marseille (1) un dispositif qui isole des ondes sismiques les plus dévastatrices. Conçue à partir de modèles mathématiques, cette "cape d'invisibilité" laisse présager des applications allant de l'industrie automobile et aéronautique aux protections antisismiques. L'étude est parue dans la revue Physical Review Letters du 10 juillet 2009.
Représentation schématique de la structure de cape pour les ondes de flexion.
La "cape d'invisibilité" est une plaque mince structurée de manière à contrôler la propagation de certaines ondes pour les dévier d'un obstacle. Ainsi, un objet placé au centre de cette cape ne sera pas touché par ces ondes, mais simplement contourné. La protection se présente sous forme d'anneaux concentriques constitués de différents matériaux. L'ensemble constitue un métamatériau qui possède des propriétés qu'on ne retrouve pas dans un matériau naturel.
La cape d'invisibilité ne permet pas néanmoins de détourner tous les types d'onde sismique (2). Les ondes de surface, d'une amplitude généralement plus forte que les autres, produisent les effets les plus destructeurs des séismes. Les équations qui régissent ce type d'onde sont invariantes par transformation géométrique: cette caractéristique, mise en évidence par les chercheurs de l'Institut Fresnel, leur a permis de concevoir la cape d'invisibilité (3).
Sa mise en application contre les séismes nécessite encore de travailler en collaboration avec des géologues pour s'adapter aux contraintes de terrain. A plus petite échelle, la cape pourra supprimer les vibrations gênantes dans les industries automobile et aéronautique.
En 2008, la même équipe avait déjà conçu une cape d'invisibilité contre les vagues, ayant le même effet mais fonctionnant sur un principe physique différent. Cette cape à vagues suscite des essais à grande échelle et des applications sont envisagées pour favoriser la reproduction de poissons en zones tropicales ou encore pour la protection de côtes calcaires telles que les falaises d'Albion.
Propagation des ondes de flexion sur la plaque, les ondes contournent la zone
où se trouve l'obstacle.
Notes:
(1) CNRS / Université Paul Cézanne / Ecole centrale Marseille / Université de Provence.
(2) Les ondes sismiques se déclinent en trois catégories: les ondes de pression, de cisaillement et de surface.
(3) Les ondes de surface sont régies par des équations bi-harmoniques issues de la théorie des plaques minces. Les ondes de pression et de cisaillement sont régies par les équations de Navier, qui ne sont pas invariantes par transformation géométrique.
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