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Posté par Redbran le Jeudi 03/05/2018 à 12:00
Des métasurfaces transposent d'une octave le son
Lors d'un écho, les voix renvoyées gardent leur tessiture d'origine malgré leurs multiples réflexions. Des chercheurs du Laboratoire d'acoustique de l'université du Mans et de l'université de Harvard ont cependant démontré que certaines surfaces hors normes renvoyaient une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte...) sonore en la transposant d'une octave. Selon ces travaux publiés dans la revue Journal of Applied Physics, ces métasurfaces fonctionnent même à des épaisseurs extrêmement faibles.


© V. Tournat
Conversion totale d'une onde acoustique (Le son est une onde produite par la vibration mécanique d'un support fluide ou solide et propagée grâce à l'élasticité du milieu environnant...) incidente à 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 lorsqu'on emploie le mot...) f, en une onde réfléchie à la fréquence 2f par la méta-interface non linéaire étudiée

Lorsqu'une onde acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la...) frappe une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...), elle est habituellement réfléchie en changeant d'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) ou de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) tandis que sa fréquence reste la même. L'étude de l'acoustique non linéaire dévoile cependant des interactions surprenantes, en particulier avec des surfaces synthétiques dont les propriétés n'ont pas d'équivalents dans la nature: les métasurfaces. Des chercheurs du Laboratoire d'acoustique de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) du Mans (LAUM, CNRS/Université du Mans) et de l'université de Harvard ont ainsi montré qu'une métasurface élastique non linéaire pouvait transposer la fréquence d'une onde incidente à l'octave.

Lorsqu'une onde sonore frappe la métasurface, sa fréquence fondamentale (En acoustique, la fréquence fondamentale ou son fondamental est l'harmonique de premier rang d'un son.) n'est pas réfléchie, mais convertie vers sa deuxième harmonique (Dans plusieurs domaines, une harmonique est un élément constitutif d'un phénomène périodique ou vibratoire (par exemple en électricité : les « courants harmoniques », qui sont des...), soit l'octave supérieure. À ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.), le phénomène ne permet par contre pas de viser d'autres intervalles et changements de fréquence arbitraires. Ces travaux théoriques et numériques s'appuient sur des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) expérimentales antérieures. La conversion en harmonique deux pourrait ainsi se produire sur des surfaces élastiques hautement déformables, où sont installées des séries de carrés tournants posés sur des sortes de ressorts. La surface réfléchissante peut être si fine qu'elle fonctionne même quand elle est moins épaisse que la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa...) d'onde acoustique.
L'élaboration de telles métasurfaces acoustiques ouvre des perspectives pour l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) ou l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le...) sélective du son, ainsi que pour le camouflage des sous-marins, puisqu'elles fausseraient complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à...) les détections par effet Doppler.

Références publication:
Manipulating acoustic wave reflection by a nonlinear elastic metasurface featured
X. Guo, V. E. Gusev, K. Bertoldi, and V. Tournat,
Journal of Applied Physics 123, 124901 (2018)
https://doi.org/10.1063/1.5015952

Contact chercheur :
Vincent Tournat ? LAUM

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Source: CNRS INSIS
 
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