Le mouvement impossible des ondes dans un « tapis de fakir »

Résultat scientifique
Photonique

Dans le domaine des ondes, certaines trajectoires comme le demi-tour en U, sont considérées comme impossibles. Des chercheurs de l’Institut Langevin, de l’Institut Fresnel, de l’Imperial College de Londres et de Multiwave Technologies ont montré que les ondes élastiques pouvaient pourtant, dans certains milieux, les suivre. Ces travaux ont permis de valider un modèle théorique simplificateur et sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Pour tester un nouveau modèle, rien de tel qu’anticiper un résultat aberrant. Les théorèmes du mathématicien Richard Craster décrivent très bien la mécanique des milieux continus, mais pourraient également considérablement simplifier les simulations sur la physique des ondes. Des chercheurs de l’Institut Langevin (CNRS/ESPCI ParisTech) et de l’Institut Fresnel (CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Marseille) ont donc voulu tester les limites de ces travaux.


L’équipe a calculé qu’il serait possible de faire faire un demi-tour en U à des ondes, ce qui n’a jamais encore été observé. Leur dispositif expérimental consiste en une plaque de duraluminium de 0,5 millimètre d’épaisseur, fichée de vis à intervalle régulier à la manière d’une planche de fakir. Ces vis fixent la plaque pour l’empêcher de vibrer, mais les ondes mécaniques circulent tout de même entre ces points. Une pointe vibrante agite la plaque en son centre tandis que les chercheurs scannent l’ensemble pour cartographier l’état de la vibration en fonction de la fréquence initiale. Ces expériences montrent que dans ce milieu particulier, un simple changement de la fréquence d’excitation permet de transformer une émission isotrope, où la direction de l’onde ne modifie pas ses caractéristiques, en un faisceau directif. Les ondes peuvent alors adopter un comportement parabolique et opérer divers mouvements considérés impossibles, comme le demi-tour en U.

Outre le gain de temps que permettent ces théorèmes par rapport aux autres systèmes plus lourds, de nombreuses applications sont déjà envisagées. Ce contrôle des ondes pourrait intéresser la recherche dans les télécommunications, tandis que le dispositif en tapis de fakir pourrait être reproduit à très grande échelle pour dissiper l’énergie sismique.

© Gautier Lefebvre, ESPCI/Langevin

Simulation numérique de trajectoire d’onde de flexion dans une plaque vissée périodiquement à une fréquence pour laquelle l’anisotropie effective est extrême

Références :

Unveiling extreme anisotropy in elastic structured media
Gautier Lefebvre, Tryfon Antonakakis, Younes Achaoui, Richard Craster, Sebastien Guenneau, Patrick Sebbah
Physical Review Letters 118, 254302 (2017)
DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.254302

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