Moduler les propriétés élastiques d'un matériau par des stimuli lumineux

Publié par Redbran le 21/07/2020 à 13:00
Source: CNRS INSIS
La propagation d'une onde élastique dans un métamatériau, fabriqué par impression 3D, peut être modulée en l'éclairant de manière ciblée par un faisceau laser. Ce résultat, obtenu conjointement par l'IEMN, l'École polytechnique de Turin (Turin (Türìn en piémontais - Torino en italien) est une ville, chef-lieu de la...), l'Empa de Dübendorf et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) norvégienne des sciences et technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Trondheim, ouvre une voie vers la réalisation de composants adaptables pour le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) des ondes élastiques. L'étude est publiée dans la revue Nature Communications.


Représentation schématique du métamatériau élastique photosensible adaptable.
© IEMN

Les métamatériaux sont des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) conçus avec une structuration géométrique particulière, afin d'obtenir des propriétés physiques nouvelles. Ainsi, un métamatériau peut altérer la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes...) élastiques de manière à les atténuer sur une certaine gamme de fréquences: le solide fonctionne comme un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.). Mais cette propriété est figée: pour modifier la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté...) de fréquences filtrées, il faudra créer un autre métamatériau. Ce manque d'adaptabilité limite les applications pratiques.

Des chercheurs de l'IEMN (Institut d'électronique de microélectronique et de nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des...), CNRS/Université polytechnique Hauts-de-France/Université de Lille/ Centrale Lille Institut) proposent une solution pour créer des métamériaux adaptables. En collaboration avec l'École polytechnique de Turin, l'Empa de Dübendorf et l'Université norvégienne des sciences et technologie de Trondheim, ils ont fabriqué et testé un métamatériau dans lequel la transmission des ondes élastiques est réglable à l'aide d'un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...).

Les chercheurs ont fabriqué un guide d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...), en polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...) chargé de molécules réactives à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...), sous la forme d'une plaque de quelques centimètres surmontée d'une rangée de piliers carrés. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) est obtenu par un procédé d'impression 3D (photopolymérisation). Des ondes sont envoyées dans le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) à l'aide d'un transducteur (Un transducteur est un dispositif convertissant une grandeur physique en une autre.) piézoélectrique. En illuminant sélectivement les piliers avec un laser bleu, les chercheurs ont montré qu'ils modifiaient les propriétés élastiques du métamatériau, avec pour conséquence l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) ou le blocage de certaines plages de fréquences: le composant fonctionne alors comme un filtre, dont le fonctionnement peut être adapté en jouant sur la localisation et la durée de l'illumination par le laser. La transformation du matériau se produit en moins d'une minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...), et est entièrement réversible.

Ces résultats sont une première étape vers la réalisation de métamatériaux adaptables pour des filtres, des guides d'ondes, des résonateurs, des interrupteurs, etc., pour les ondes élastiques.

Les chercheurs, qui ont mené cette étude dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) européen FET Open "Boheme", veulent maintenant étudier les propriétés de ce dispositif à plus petite échelle, ce qui devrait permettre d'atteindre des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de réaction de l'ordre de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). Des essais à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) sont aussi envisagés, dans la perspective d'applications en contrôle non destructif (Le Contrôle Non Destructif (C.N.D.) est un ensemble de méthodes qui permet de caractériser...) et pour l'isolation des bâtiments.

Références:
Tunable photo-responsive elastic metamaterials,
AS. Gliozzi, M. Miniaci, A. Chiappone, A. Bergamini, B. Morin, E. Descrovi.
Nature Communications 11 (1), 1-8 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16272-y
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