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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée de l’article E1164 intitulé « Matériaux composites en électromagnétisme- Introduction » rédigé par M. Alain PRIOU et paru en 2009.
RÉSUMÉ
Dans cet article, le concept de matériaux composites électromagnétiques est d’abord présenté, ainsi que le domaine de fréquence concerné. Les principes de modélisation et de caractérisation de ces matériaux sont introduits. Les rappels d’électromagnétisme indispensables sont ensuite énumérés, comme la propagation des ondes dans un milieu homogène et isotrope, et les lois de la réfraction et de la réflexion à l’interface entre deux milieux, et dans des structures multicouches. Ensuite, les propriétés générales des matériaux homogènes classiques sont rappelées, principalement pour les matériaux diélectriques, conducteurs et magnétiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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André de LUSTRAC : Professeur des universités – Université Paris Nanterre - Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) - Université Paris Sud, Orsay, France
INTRODUCTION
En électromagnétisme, tous les secteurs industriels, de l’aéronautique à l’aérospatiale, en passant par l’automobile, le maritime, le ferroviaire, et les radiocommunications sont demandeurs de matériaux composites pour remplir de nouvelles fonctions et satisfaire les nouveaux besoins en termes d’économie d’énergie, d’adaptabilité, de coût, de légèreté et de compacité. Ces matériaux composites, chargés d’inclusions diélectriques ou conductrices, actifs ou passifs, peuvent apporter des solutions. Cet article fait partie d’une série d’articles dédiés aux matériaux composites en électromagnétisme, dans lesquels nous avons souhaité faire un point sur les matériaux composites existants, ou à venir, et indiquer les applications et domaines concernés. Dans cet article, nous définissons le domaine des hyperfréquences, puis la notion de matériau composite électromagnétique, pour ensuite évoquer les aspects modélisation et caractérisation de ces matériaux. Nous introduisons ensuite les principales grandeurs électromagnétiques que nous utiliserons par la suite.
Cette série sur les matériaux composites en électromagnétisme se poursuit avec les articles suivants :
-
[E 1 165] Matériaux composites électromagnétiques et métamatériaux ;
-
[E 1 166] Matériaux composites en électromagnétisme – Matériaux absorbants radar ;
-
[E 1 167] Matériaux composites en électromagnétisme – Caractérisation.
Ces articles sont indépendants, nous y abordons la modélisation des composites passifs ou actifs et des métamatériaux. Puis, nous détaillons les milieux absorbants et les grands principes qui les régissent, ainsi que de nouveaux concepts de matériaux fins appelés métasurfaces, et nous terminons par les procédés de caractérisation de ces milieux composites.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 2009 par Alain PRIOU
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Composites électromagnétiques
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1. Domaine des hyperfréquences
Le domaine des hyperfréquences couvre une gamme de fréquences qui s’étend d’une centaine de MHz jusqu’à 100 GHz environ. Dans cette gamme de fréquences, les applications couvrent de la radio FM au radar, pour simplifier, et utilisent depuis l’origine des matériaux classiques, comme les métaux, les diélectriques, les matériaux magnétiques, mais également des matériaux composites. Ces matériaux composites, nés quasiment en même temps que le radar à la fin des années 1930, sont conçus pour répondre à différents besoins, comme par exemple la protection des antennes, la protection électromagnétique ou le camouflage avec des matériaux diélectriques, métalliques, absorbants ou encore des matériaux électromagnétiques actifs, etc. Ces matériaux correspondent à une classe de matériaux et/ou de milieux composites ayant des propriétés à la fois différentes et complémentaires des matériaux classiques comme les métaux et les diélectriques. Cependant, ils permettent également grâce à une ingénierie qui s’est développée depuis quelques années, de disposer de matériaux inconnus dans la nature, avec des propriétés électromagnétiques contrôlables à volonté, soit de manière passive, figées à la conception, soit de manière active à l’aide de composants électroniques ou électromécaniques intégrés.
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Domaine des hyperfréquences
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CAPOLINO (F.) - Theory and phenomena of metamaterials. - CRC Press (2009).
-
(2) - PAUL (F.) - Goldsmith, quasioptical systems. - IEEE Press/Chapman & Hall Publishers Series on Microwave Technology and RF (1998).
-
(3) - VESELAGO (V.G.) - The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ. - Soviet Physics Uspekhi, vol. 10, n° 4 (1967).
-
(4) - PENDRY (J.B.), HOLDEN (A.J.), ROBBINS (D.J.), STEWART (W.J.) - Low frequency plasmons in thin wire structures. - J. Phys. Condens. Matter, vol. 10, p. 4785-4809 (1998).
-
(5) - PENDRY (J.B.), HOLDEN (A.J.), ROBBINS (D.J.), STEWART (W.J.) - Magnetism from conductors and enhancednonlinear phenomena. - IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 47, n° 11, nov. 1999.
-
(6) - SMITH (D.R.), PADILLA (W.J.),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Matériaux composites électromagnétiques et métamatériaux
-
Matériaux composites en électromagnétisme – Matériaux absorbants radar
ANNEXES
1 Outils logiciels (liste non exhaustive)
Il existe plusieurs outils logiciels permettant de résoudre les équations de Maxwell, soit des logiciels généralistes de calcul numérique (Matlab, Scilab, Octave…), soit des logiciels plus spécialisés (Ansys, Comsol, CST, Quickfield…). Certains sont payants, d’autres disponibles gratuitement.
Certains des produits payants ont cependant des versions étudiantes gratuites
Ansys HFSS http://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss
Comsol RF https://www.comsol.com/rf-module
CST Studio suite https://www.cst.com/products/csts2
Matlab https://fr.mathworks.com/products/matlab.html
Mathematica https://www.wolfram.com/mathematica/
Outils gratuits de simulation électromagnétique :
Quickfield https://quickfield.com/fr/free_soft.htm
Onelab http://onelab.info/wiki/ONELAB
OpenEMS http://openems.de/start/index.php
Outils...
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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