Métasurfaces acoustiques, des pistes prometteuses pour manipuler le son
Publié par Redbran le 15/12/2018 à 14:00
Source: CNRS-INSIS
En cinq ans, les métasurfaces acoustiques ont révolutionné le contrôle des ondes acoustiques par les matériaux. Une équipe internationale, dont un chercheur de l'Institut Jean Lamour, a publié un état de l'art de ce champ disciplinaire dans la revue Nature Reviews Materials. Il couvre la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) sur laquelle s'appuie la création de ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) artificiels 2D, ainsi que leur pouvoir applicatif, notamment en aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) et en holographie (L'holographie du visible est un procédé de photographie en trois dimensions utilisant les propriétés de la lumière cohérente issue des lasers. Le mot holographie vient du grec holos « en entier » et graphein...).


© IJL
Exemple d'une métasurface absorbante en basse fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par...) de 1mm d'épaisseur opérant comme un "entonnoir 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...) = acoustic sink".

Une collaboration internationale impliquant un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) 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...) Jean Lamour (IJL, CNRS/Université de Lorraine) a publié un état de l'art des métasurfaces acoustiques. Ces matériaux ultrafins, confectionnés en laboratoire, notamment par impression 3D, permettent de manipuler la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) acoustiques. De façon générale, les chercheurs de cette discipline maîtrisent les propriétés des matériaux en jouant sur leur design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux...) et leur architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.). Ils conçoivent ainsi des structures à la carte, capables de réfléchir, absorber, ou transmettre les ondes dans les différentes gammes de fréquence souhaitées. Cela leur permet de manipuler, de manière extrêmement contrôlée, les trajectoires de propagation 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 transporter de matière.).

La diversité fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a...) de ces nouveaux matériaux engendre des applications tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) aussi étendues. Par exemple, des métasurfaces réflectives pourraient servir à la collecte d'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.). Utilisées dans des revêtements, elles réfléchiraient le son en direction de spots dans lesquels le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une...) serait reconverti en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la...). Dans un autre cadre, les métasurfaces transmissives aideraient au développement de l'holographie acoustique et au traitement biomédical par les ultrasons. Le concept 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.) acoustique, un dispositif déviant les ondes, est également envisagé. Enfin, le caractère ultramince de ces matériaux - jusqu'au centième d'une 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...) 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 sans...), voire en deçà - apporte une valeur ajoutée à 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 photon...) en très basses fréquences. Peu encombrants et légers, les absorbants à base de métasurfaces pourraient remplacer, par exemple, les matériaux existant dans les fuselages d'avions en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de réduire le bruit des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]).

Références publication:
Acoustic metasurfaces,
B. Assouar, B. Liang, Y. Wu, Y. Li, J-C. Cheng and Y. Jing
Nature Review Materials 3, (2018)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41578-018-0061-4

Contact chercheur:
Badreddine Assouar – IJL
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