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Posté par Michel le Samedi 11/07/2009 à 00:00
Une cape d'invisibilité... contre les séismes !
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 (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels...), cette "cape d'invisibilité (L'invisibilité est l'état d'un objet ou d'un organisme vivant qui ne peut être vu, on dit alors qu'il est invisible.)" laisse présager des applications allant de l'industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre...) et aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) 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 (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise,...) 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.). 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...) constitue un métamatériau qui possède des propriétés qu'on ne retrouve pas dans un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et...) naturel.

La cape d'invisibilité ne permet pas néanmoins de détourner tous les types d'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...) sismique (2). Les ondes de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...), d'une amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) généralement plus forte que les autres, produisent les effets les plus destructeurs des séismes. Les équations qui régissent ce type d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) sont invariantes par transformation géométrique: cette caractéristique, mise en évidence par les 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...) 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 (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) différent. Cette cape à vagues suscite des essais à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte...) et des applications sont envisagées pour favoriser la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude...) de poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le Verseau à l'ouest et le Bélier à l'est. Bien qu’assez grande, elle...) 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 (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...) / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paul Cézanne / Ecole centrale Marseille / Université de Provence.
(2) Les ondes sismiques se déclinent en trois catégories: les ondes de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), de cisaillement et de surface.
(3) Les ondes de surface sont régies par des équations bi-harmoniques issues de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation...) 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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Source: CNRS
Illustrations: © Mohamed Farhat, Sebastien Guenneau, Stefan Enoch