Une modélisation pour les lentilles acoustiques
Publié par Redbran le 09/04/2019 à 14:00
Source: CNRS INSIS

©CNRS/INSIS
La lumière n'est pas la seule onde à pouvoir être manipulée par des lentilles. Une équipe internationale, comprenant plusieurs chercheurs français, a non seulement conçu une lentille acoustique de format réduit, mais aussi développé des modèles pour concevoir et valider ces systèmes. Ces travaux, publiés dans la revue Physical Review B, pourraient aider à produire des métamatériaux acoustiques, capables de dévier ou d'étouffer 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 sensation auditive.).

Pour manipuler une 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 taille des éléments dépend de sa 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 longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...). Ainsi, une lentille façonnée pour un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le...) très énergétique pourra être minuscule, alors qu'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 sous forme d'ondes...) peut demander un équivalant se comptant en mètres. Un groupement de chercheurs a cependant développé des systèmes pour fabriquer des lentilles acoustiques bien plus petites. Elles reproduisent l'image tridimensionnelle d'une source sonore émettant à 10,6 kHz, grâce à un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot....) sur mesure d'une quinzaine de centimètres de haut et de large, pour six d'épaisseur.

Cette lentille a été assemblée à partir de quatre cents sphères en résine polymère, obtenues par une imprimante (Les imprimantes ont été conçues dès l’apparition des premiers ordinateurs, pour permettre la consultation et la conservation sur support papier des résultats produits par les programmes informatiques. En effet,...) 3D. La taille des sphères et leur espacement ont été déterminés par des simulations simplifiant la propagation de l'onde, en la comparant ici à un système de type masse-ressort. 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...) se comporte en effet comme un cristal phononique (Un cristal phononique est une structure périodique composée de matériaux de propriétés élastiques distinctes, conçue pour modifier la propagation des ondes acoustiques de la...), propriété n'existant pas dans les milieux continus. Scrutant les changements 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.) produits par les ondes acoustiques, un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation...) interférométrique par réinjection optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) dans une diode laser permet de vérifier que ce cristal phononique se comporte comme une lentille 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 été...). Cela ouvre une nouvelle voie pour la conception de métamatériaux acoustiques, par exemple pour rendre les appareils à IRM plus silencieux. Cela apaiserait les patients, qui bougeront moins, améliorant ainsi l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ;...) et permettrait à un public claustrophobe ou aux jeunes enfants d'être diagnostiqués sans anesthésie générale (L'anesthésie générale, ou AG, est un acte médical dont l'objectif principal est la suspension temporaire et réversible de la conscience et de la sensibilité...).

Ces travaux ont mobilisé 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.) Fresnel (CNRS/École Centrale Marseille/Aix-Marseille Université), du Laboratoire d'analyse et d'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des systèmes du 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).) (LAAS-CNRS, CNRS), de l'Imperial College de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la...), de l'Institut Franche-Comté électronique mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...),...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) et optique - sciences et technologies (FEMTO-ST, CNRS/Université de Technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) Belfort-Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENSMM), l'Institut de 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 métonymique, la recherche scientifique désigne...) sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/École Centrale de Marseille/Aix-Marseille Université), 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...) australienne du Queensland et de l'entreprise suisse Multiwave Technologies, au travers de sa filiale française Multiwave Innovations.


Les ellipses sont l'image de la source sonore, qui se déplacent en même temps qu'elle. Les cercles du milieu sont les boules formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par...) la lentille.

Référence publication:
Acoustic flat lensing using an indefinite medium,
Dubois M., Perchoux J., Vanel A. L. et al.
Physical Review B (2019) DOI: 10.1103/PhysRevB.99.100301

Contacts checheurs:
- Julien Perchoux - LAAS-CNRS
- Marc Dubois - Institut Fresnel
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