Des métasurfaces transposent d’une octave le son
Lors d’un écho, les voix renvoyées gardent leur tessiture d’origine malgré leurs multiples réflexions. Des chercheurs du Laboratoire d’acoustique de l’université du Mans et de l’université de Harvard ont cependant démontré que certaines surfaces hors normes renvoyaient une onde sonore en la transposant d’une octave. Selon ces travaux publiés dans la revue Journal of Applied Physics, ces métasurfaces fonctionnent même à des épaisseurs extrêmement faibles.
Lorsqu’une onde acoustique frappe une surface, elle est habituellement réfléchie en changeant d’amplitude ou de phase tandis que sa fréquence reste la même. L’étude de l’acoustique non linéaire dévoile cependant des interactions surprenantes, en particulier avec des surfaces synthétiques dont les propriétés n’ont pas d’équivalents dans la nature : les métasurfaces. Des chercheurs du Laboratoire d’acoustique de l’université du Mans (LAUM, CNRS/Université du Mans) et de l’université de Harvard ont ainsi montré qu’une métasurface élastique non linéaire pouvait transposer la fréquence d’une onde incidente à l’octave.
Lorsqu’une onde sonore frappe la métasurface, sa fréquence fondamentale n’est pas réfléchie, mais convertie vers sa deuxième harmonique, soit l’octave supérieure. À ce stade, le phénomène ne permet par contre pas de viser d’autres intervalles et changements de fréquence arbitraires. Ces travaux théoriques et numériques s’appuient sur des observations expérimentales antérieures. La conversion en harmonique deux pourrait ainsi se produire sur des surfaces élastiques hautement déformables, où sont installées des séries de carrés tournants posés sur des sortes de ressorts. La surface réfléchissante peut être si fine qu’elle fonctionne même quand elle est moins épaisse que la longueur d’onde acoustique.
L’élaboration de telles métasurfaces acoustiques ouvre des perspectives pour l’atténuation ou l’absorption sélective du son, ainsi que pour le camouflage des sous-marins, puisqu’elles fausseraient complètement les détections par effet Doppler.
Conversion totale d’une onde acoustique incidente à la fréquence f, en une onde réfléchie à la fréquence 2f par la méta-interface non linéaire étudiée
Références :
Manipulating acoustic wave reflection by a nonlinear elastic metasurface featured
X. Guo, V. E. Gusev, K. Bertoldi, and V. Tournat,
Journal of Applied Physics 123, 124901 (2018)
https://doi.org/10.1063/1.5015952