Un pas de plus vers la maîtrise de la lévitation acoustique

La lévitation acoustique est étudiée depuis plusieurs années maintenant mais depuis deux-trois ans elle a fait plusieurs avancées majeures. Le principe de la lévitation acoustique est de créer des ondes acoustiques, donc des variations de pression de l’air, qui permettent de contrer la force de gravité. Dans les différents systèmes développés ces dernières années, les chercheurs ont testé différentes combinaisons : créer une onde stationnaire en faisant entrer des ondes en résonance ou en les faisant s’annuler, créer des hologrammes acoustiques de formes différentes dans lesquels l’objet est piégé. Selon les techniques, le dispositif a permis de faire simplement léviter l’objet puis d’en contrôler une partie du mouvement. L’ équipe britannique de l’Université de Bristol, à l’origine de plusieurs de ces recherches et de celles présentées ci-après, a même proposé l’an dernier un rayon tracteur acoustique de maison (il peut attirer à lui de petits objets et les plans sont disponibles sur internet pour que n’importe qui puisse le fabriquer.

Mais dans tous ces cas, les objets manipulés sont limités en taille. Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que la longueur d’onde utilisée pour la lévitation représentait la limite de la taille de l’objet. En effet, dès qu’un objet plus grand que la longueur d’onde était mis en lévitation il reçoit une partie du moment de rotation du champ acoustique et se met à tourner sur lui-même de plus en plus vite jusqu’à être éjecté du rayon acoustique. Dès lors difficile d’envisager de faire léviter de gros objets sans utiliser des sons aux longueurs audibles et/ou dangereuses pour le manipulateur.

Un vortex changeant

La nouvelle approche adoptée par les chercheurs de Bristol, dont les résultats ont été publiés dans un article de Physical Review Letters utilise des vortex acoustiques intriqués et fluctuants. Les cônes de sons émis, présentent, à l’instar d’un cyclone en leur centre un coeur silencieux de basses pressions.

Les chercheurs ont découvert que le taux de rotation de l’objet en lévitation pouvait être contrôlé en mêlant deux vortex de directions opposées. En jouant sur la fréquence d’apparition ou de rotation du deuxième vortex, on peut maîtriser l’objet et le stabiliser. En outre, ils ont pu augmenter la taille de « l’oeil du cyclone » acoustique afin d’y placer des objets plus grands. En travaillant avec des ondes ultrasoniques à la fréquence de 40 kHz (fréquence que les chauve-souris peuvent entendre), ils ont réussi à faire léviter une boule de polystyrène de 2cm de diamètre. Cela représente deux fois la taille des longueurs d’onde utilisées et constitue un record en matière de taille d’un objet en lévitation acoustique. Les scientifiques suggèrent que dans le futur de beaucoup plus gros objets pourraient ainsi être mis en lévitation acoustique à des fréquences qui ne seraient pas dangereuses pour l’homme. « Les rayons tracteurs acoustiques ont un énorme potentiel dans de nombreuses applications. Je suis particulièrement enthousiaste à l’idée de lignes de production qui pourraient assembler des objets délicats sans avoir à les toucher. », conclut Bruce Drinkwater, qui a supervisé les travaux d’Asier Marzo et Mihai Caleap.

Sophie Hoguin