Présentation
Auteur(s)
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Alain PRIOU : Professeur des universités - Directeur du Groupe d’électromagnétisme appliqué - Directeur de l’IUT de Ville-d’Avray
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Lire l’articleINTRODUCTION
A partir des lois de Faraday et d’Ampère pour la magnétostatique et l’électrostatique, Maxwell a établi, en 1873, les équations dites de Maxwell qui sont une extension à l’espace et au temps des lois précédentes. Ces lois ont été vérifiées par Hertz en 1888 et, en 1905, A. Einstein, dans sa théorie de la relativité, montre toute l’élégance et la rigueur de la théorie de Maxwell.
Après avoir rappelé les lois de Maxwell, nous définirons les divers types de milieux que l’on peut rencontrer dans la nature, puis nous aborderons la modélisation des milieux biphasiques en électromagnétisme avant de nous intéresser à la modélisation d’une monocouche diélectrique et d’une structure multi-couches. Cette approche nous permet de définir les conditions d’absorption ou de transmission des ondes. Nous terminons ce fascicule par la description de milieux exotiques que sont les milieux chiraux et les matériaux électromagné-tiques intelligents.
L’article « Matériaux en électromagnétisme » fait l’objet de plusieurs fasci-cules :
AF 3 370 Introduction
AF 3 371 Modélisation des matériaux composites
AF 3 372 Matériaux absorbants radar
AF 3 373 Caractérisation des matériaux composites
AF 3 374 Pour en savoir plus
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules.
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Rappels d’électromagnétisme4. Milieux chiraux et matériaux électro- magnétiques intelligents
Dans ce paragraphe, nous évoquons des milieux composites divers qui peuvent avoir des applications dans le domaine des ondes électromagnétiques. Les premiers sont les milieux chiraux et leurs dérivés qui ont fait, durant ces dix dernières années, l’objet d’une intense activité de recherche. Les seconds se rapportent aux matériaux ou structures intelligents, domaine encore en cours d’exploration.
Pour ces deux catégories de matériaux, nous énonçons les principes et les idées de base. Nous expliquons leurs possibilités et leurs applications dans le domaine de l’électromagnétisme. La modélisation de ces matériaux utilise les principes qui ont été précédemment énoncés.
4.1 Milieux chiraux
Un milieu chiral est un milieu où les champs électriques et magnétiques sont couplés l’un à l’autre.
La propriété intrinsèque de ces matériaux est qu’ils ont une nature physique telle que, par translation, ils ne sont pas superposables l’un à l’autre.
Les matériaux naturels sont optiquement actifs et présentent des structures moléculaires asymétriques-miroir. Les structures chirales naturelles comportent un ensemble important de sucre, d’acides aminés, d’ADN et de certains mollusques (coquilles d’escargots) et des structures de végétation enroulées. Faits de main humaine, les chiraux sont constitués par des hélices métalliques ou des ressorts, des bandes de Möbius, des tétraèdres irréguliers. Une dispersion d’hélices métalliques ou diélectriques dans un milieu hôte constitue un milieu chiral électromagnétique.
Un milieu chiral a, dans sa microstructure, des propriétés spécifiques, qui lui confèrent des pouvoirs de comportement typique à une orientation à droite ou à gauche ou à droite et à gauche (exemple : la main droite et la gauche ne sont pas superposables par translation). Une onde électromagnétique polarisée circulairement se propageant à travers ce matériau va avoir des vitesses de phase et/ou d’absorption différentes selon que les milieux chiraux sont orientés à droite et à gauche et selon la rotation de l’onde. Une onde plane, décomposable en deux ondes à polarisation circulaire entrant dans un tel milieu va, en sortie, présenter une rotation du plan de polarisation...
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