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RÉSUMÉ
Les métamatériaux sont des matériaux aux propriétés remarquables : des milieux composites dont la structure interne, interagit avec une onde incidente, de nature électromagnétique, acoustique ou sismique, de façon à créer des propriétés macroscopiques dites effectives, inhabituelles, ou du moins inobservées dans les matériaux naturels. Leur avènement en recherche et en ingénierie a été dopé par le formalisme des cristaux photoniques décrits à fin des années 1980, puis par le développement des cristaux phononiques.
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Metamaterials are materials with remarkable properties: composite media whose internal structure interacts with an incident electromagnetic, acoustic, seismic wave so as to create so-called effective macroscopic properties, unusual or at least unobserved in natural materials. Their advent in research and engineering was boosted by the formalism of photonic crystals described at the end of the 1980s, then by the development of phononic crystals.
Auteur(s)
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Stéphane BRÛLÉ : Chercheur-ingénieur Institut Fresnel, Marseille, France
-
Stefan ENOCH : Directeur de recherche Institut Fresnel, Marseille, France
-
Sébastien GUENNEAU : Directeur de recherche Abraham de Moivre, UMI CNRS-Imperial, Londres, Royaume-Uni
INTRODUCTION
Depuis la découverte des cristaux photoniques en 1987, les physiciens des ondes élaborent des modèles théoriques et numériques pour un contrôle accru de la lumière dans des matériaux structurés à l’échelle nanométrique, du son à l’échelle micrométrique, et s’en inspirent pour aller jusqu’à rechercher le contrôle des ondes élastiques de Rayleigh dans des sols structurés à l’échelle métrique. C’est ainsi qu’un « minéral » d’un nouveau genre, la yablonovite, constituée artificiellement d’un réseau de cylindres creux de quelques dizaines de nanomètres de diamètre dans un bloc de verre, a inspiré la structuration de la matière à différentes échelles. Le transfert de paradigme continue à s’opérer vers les métamatériaux électromagnétiques pour la photonique, et les métamatériaux sismiques pour le génie civil, avec des sols structurés et des métasurfaces avec des résonateurs à la surface terrestre. L’interaction entre les disciplines s’accélère avec des développements à bénéfices réciproques. Ainsi, l’émergence des métamatériaux élastiques à résonance locale montre un potentiel prometteur en vibro-acoustique. La transition vers des solutions d’ingénierie nécessite toutefois encore des prévisions de performances robustes. La prise en compte de l’amortissement dans les systèmes mécaniques étudiés conduit à de l’atténuation de crête mais apporte aussi des performances vibro-acoustiques souhaitées, à plus large bande. Cet article fait le point sur la révolution en marche de l’extension des principes de l’interaction des ondes avec la matière sur les technologies du quotidien.
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KEYWORDS
negative refraction | metamaterials | invisibility | flat converging lens
DOI (Digital Object Identifier)
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Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Matériaux fonctionnels - Matériaux biosourcés > Matériaux à propriétés électriques et optiques > Métamatériaux acoustiques, électromagnétiques et sismiques - Pour les ondes du nanomètre au mètre > Développements et perspectives
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Conclusions3. Développements et perspectives
3.1 Utilisation de l’optique transformationnelle pour concevoir une cape d’invisibilité
L’invisibilité, et à travers elle le contrôle de la lumière, est un thème récurrent de la mythologie avec notamment la Kunée d’Hadès (casque qui rend son porteur invisible, offert par les cyclopes au dieu grec des Enfers), de la littérature fantastique et de la science-fiction anglo-saxonne, qui fraye avec les forces maléfiques dans la célèbre trilogie de John Ronald Reuel Tolkien (l’anneau à détruire, quand il est passé au doigt du héros Frodo, le rend invisible), sans oublier la célèbre invisibilité, voulue puis subie, de Jack Griffin, l’homme invisible de Herbert George Wells.
L’invisibilité acquiert ses lettres de noblesse dans la littérature jeunesse anglaise avec le chat du Cheshire qui apparaît et disparaît à loisir devant les yeux d’Alice Liddell, jeune égérie du romancier britannique Lewis Carroll, et la littérature française n’est pas en reste avec l’« excellent homme nommé Dutilleul qui possédait le don singulier de passer à travers les murs sans en être incommodé » dans Le Passe-muraille de Marcel Aymé. Cette pléthore de références qui appartiennent à l’imaginaire collectif a assuré un engouement immédiat pour les publications de travaux scientifiques récents sur un contrôle accru de la trajectoire des ondes.
L’idée directrice de l’optique transformationnelle est d’associer les changements de géométrie, c’est-à-dire les transformations de l’espace ou les changements de coordonnées, à des propriétés optiques, et de traduire les conséquences de la déformation de l’espace sur la propagation d’onde en effets produits par des matériaux équivalents.
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Relevons trois exemples emblématiques illustrant le concept d’invisibilité :
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le phénomène de réfraction négative, prédit par le physicien moscovite Victor Veselago en 1968 ...
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Développements et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GUIDA (G.), DE LUSTRAC (A.), PRIOU (A.) - An introduction to Photonic Band Gap (PBG) materials. - Progress In Electromagnetics Research, PIER, 41, p. 1-20 (2003).
-
(2) - BRÛLÉ (S.) - Propagation d’ondes sismiques dans les sols superficiels structurés artificiellement. Approche théorique et expérimentale. Les métamatériaux sismiques. - Thèse de Doctorat de l’Université Aix-Marseille (2022).
-
(3) - BA (A.), KOVALENKO (A.), ARISTÉGUI (C.), MONDAIN-MONVAL (O.), BRUNET (T.) - Soft porous silicone rubbers with ultra-low sound speeds in acoustic metamaterials. - Sci. Rep., 7, p. 40106 (2016).
-
(4) - PENDRY (J.), HOLDEN (A.), STEWART (W.), YOUNGS (I.) - Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures. - Phys. Rev. Lett., vol. 76, 25, p. 4773-4776 (1996).
-
(5) - GUENNEAU (S.), ZOLLA (F.) - Homogenization of three-dimensional finite photonic crystals. - Progress in Electromagnetics Research, PIER 27, p. 91-127 (2000).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Calcul des structures pour leur résistance aux séismes. Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments - Eurocode 8-4 NF EN 1998-1 - 2005
-
Calcul des structures pour leur résistance aux séismes. Partie 5 : Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques - NF EN 1998-5 - 2005
ANNEXES
Circulaire du 23 juillet 1986 relative aux vibrations mécaniques émises dans l’environnement par les installations classées pour la protection de l’environnement. JO du 22 octobre 1986.
HAUT DE PAGE
Seismic Defence Structures WO 2018/073412 Al.
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
COMSOL – Logiciel de simulation multiphysique http://www.comsol.fr
Menard Group http://www.menard-group.com
SSI_2U http://ssi2u.wordpress.com
...
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