Vidéo: une cape qui rend invisible les objets situés à proximité

Publié par Redbran le 03/07/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS
Les ''capes d'invisibilité'' sont des dispositifs qui peuvent dissimuler la présence de l'objet qu'elles entourent. Une équipe du Laboratoire de mécanique et d'acoustique et de I'International Research Laboratory Abraham de Moivre a montré, par simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...), que l'on pouvait produire le même phénomène sur des objets situés à proximité, mais à l'extérieur de la cape.


Ondes acoustiques émises par un point source (croix jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même...) en haut à gauche de chaque carte), à différents instants. À gauche (t= 35,6 ms): début de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec la cape d'invisibilité (L'invisibilité est l'état d'un objet ou d'un organisme vivant qui ne peut être vu,...). Au centre (t=71,2 ms): étape intermédiaire. À droite (t=1,424 s): en régime établi, la diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est...) due aux obstacles rigides (ronds noirs) est masquée par la cape.
© LMA - IRL Abraham de Moivre

Les métamatériaux, étudiés depuis une quinzaine d'années, sont des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) microstructurés qui, en déformant le trajet suivi par une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...), parviennent à rendre un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) invisible. Ces ''capes d'invisibilité'' dissimulent la présence de l'objet qu'elles entourent, qui semble alors invisible pour un observateur extérieur. Il est même possible d'obtenir le même phénomène sur des objets situés non plus à l'intérieur de la cape, mais à proximité. C'est ce qu'ont montré des chercheurs du Laboratoire de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) et d'acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des...) (LMA, CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille) et de l'International Research Laboratory Abraham de Moivre (CNRS/Imperial College London), en travaillant sur des ondes acoustiques. Par simulation numérique, l'équipe a mis en évidence l'effet de cape d'invisibilité externe, qu'elle a étudié en dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) en montrant l'évolution du phénomène au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).

Le système simulé comprend une source d'ondes acoustiques, qui se propagent dans un milieu dont les paramètres physiques sont ceux d'un élastomère, et un métamatériau constitué d'un coeur et d'une enveloppe (d'un rayon de 2 m et 3,5 m, respectivement) en deux matériaux très différents. Ce métamatériau a des propriétés physiques inhabituelles, puisqu'il se comporte comme si sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) et sa compressibilité (La compressibilité est une caractéristique d'un corps, définissant sa variation relative de...) étaient négatives. A sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) sont disposés des objets d'environ six centimètres de rayon, qui diffractent l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) envoyée par la source émettrice. Les calculs de simulation montrent qu'au bout d'un certain temps (voir la vidéo) les ondes diffractées par les objets sont très réduites, et que l'onde acoustique (Le son est une onde produite par la vibration mécanique d'un support fluide ou solide et propagée...) se propage derrière eux comme s'ils n'étaient pas présents: les objets sont devenus ''invisibles'' pour un observateur.

Le prochain défi sera de trouver une microstructure dont les paramètres acoustiques permettront la réalisation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) d'une cape d'invisibilité externe. À long terme, ce type d'études sur des ondes mécaniques pourrait trouver des applications dans la protection antisismique des bâtiments.

Évolution en dynamique de l'effet de cape d'invisibilité externe.
© LMA - IRL Abraham de Moivre.

Notes:
Les équations utilisées correspondent indifféremment à l'acoustique (ondes dans un fluide) ou au mouvement anti-plan 2D d'un solide élastique, qui est le cas traité ici.


Références:
Time-domain investigation of an external cloak for antiplane elastic waves
S. Guenneau1, B. Lombard, and C. Bellis (Bellis est un genre de la famille des Asteraceae. C'est le genre notamment de la pâquerette,...).
Applied Physics Letters. 2021
https://doi.org/10.1063/5.0048910

Contacts:
- Bruno Lombard - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) au Laboratoire de mécanique et d'acoustique (CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille) - lombard at lma.cnrs-mrs.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
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