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1 - ORIGINE ET DÉVELOPPEMENT DES MÉTAMATÉRIAUX

2 - PRINCIPES ET PROPRIÉTÉS

3 - APPLICATIONS

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : AF3713 v2

Applications
Métamatériaux électromagnétiques et optiques

Auteur(s) : André DE LUSTRAC

Relu et validé le 11 mars 2021

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RÉSUMÉ

Cet article présente le principe et les propriétés principales des métamatériaux électromagnétiques et optiques. Les principales propriétés physiques sont énumérées, avec en particulier la notion d’indice optique négatif, et de matériaux « à main gauche ». Le concept de métasurface, dérivé à la fois des surfaces sélectives en fréquences et des métamatériaux, est également introduit. Quelques exemples d’applications des métamatériaux et des métasurfaces sont présentés, dans le domaine des micro-ondes mais également en optique. Ces exemples, loin d’être exhaustifs, permettent cependant d’apprécier l’étendue des applications potentielles de ces matériaux.

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Auteur(s)

  • André DE LUSTRAC : Professeur - Directeur de l’Institut d’Électronique Fondamentale - Institut d’Électronique Fondamentale, Université Paris Sud, Orsay, France Université Paris Ouest, Ville d’Avray, France

INTRODUCTION

Les métamatériaux, comme leur nom l’indique, sont des matériaux artificiels ayant des propriétés physiques supérieures aux matériaux naturels. « Meta » est un préfixe grec signifiant « au-delà » ou « un niveau au-dessus », comme dans métaphysique ou métalogique.

Les métamatériaux sont donc des matériaux ayant des propriétés « au-delà » de ce que l’on peut espérer observer dans des matériaux naturels. Ce concept peut se décliner dans tous les domaines de la Physique. Plus précisément, en électromagnétisme et en optique, les métamatériaux présentent des propriétés nouvelles susceptibles d’exciter l’imagination des chercheurs et des ingénieurs comme un indice optique négatif ou un effet Doppler inversé, par exemple. Mais nous verrons dans la suite qu’un métamatériau n’a pas toujours un indice optique négatif. Il peut présenter seulement une permittivité ou une perméabilité négative. Il peut être seulement magnétique, mais aux fréquences optiques. Il peut également avoir un indice optique nul. Mais nous verrons également que le concept de métamatériau est en réalité très ancien puisque les premiers métamatériaux étaient des verres optiques colorés que l’on retrouve à l’époque romaine, et dans les cathédrales où ils ont été utilisés pour réaliser de magnifiques vitraux.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-af3713


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3. Applications

3.1 Applications en micro-ondes

En micro-ondes, les applications concernent principalement des filtres, des déphaseurs et des systèmes antennaires. La contrôlabilité est recherchée dans certaines applications, en particulier dans les déphaseurs et les antennes.

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3.1.1 Radomes actifs

Un des premiers travaux dans le domaine des métamatériaux actifs a été publié en 2001 par Lustrac et al. . Il concerne un radome placé devant une antenne patch qui rend le rayonnement de cette antenne directif lorsqu’il est transparent. La transparence ou la réflexion du radome est commandée à l’aide de diodes PIN insérées dans les fils métalliques parallèles portés par le radome. Un courant continu fait commuter ces diodes et rend le radome transparent.

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3.1.2 Réflecteurs actifs

Un exemple est donné à la figure 24 avec une surface de Sievenpiper accordable à base de varactors (capacités commandées en tension), qui permet en faisant varier la fréquence de résonance de chaque cellule, de faire varier la phase à la réflexion et donc le contrôle d’un faisceau réfléchi dans une antenne à réflecteur ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MUNK (B.A.) -   Frequency selective surfaces. Theory and Design.  -  Wiley Interscience (2000).

  • (2) - YAGI (H.) -   Beam transmission of ultra-short waves.  -  IRE Proc., p. 715-741, 16 juin 1928.

  • (3) -   *  -  http://archive.darpa.mil/DARPATech2002/presentations/dso_pdf/speeches/BROWNING.pdf

  • (4) - PENDRY (J.B.), HOLDEN (A.J.), ROBBINS (D.J.), STEWART (W.J.) -   Low frequency plasmons in thin-wire structures.  -  J. Phys. : Condens. Matter 10, p. 4785-4809 (1998).

  • (5) - PENDRY (J.B.), HOLDEN (A.J.), ROBBINS (D.J.), STEWART (W.J.) -   Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena.  -  IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, p. 2075-2084 (1999).

  • (6) - SMITH (D.R.), PADILLA (W.J.), VIER (D.C.), NEMAT-NASSER (S.C.), SCHULTZ (S.) -   Composite medium...

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1/ Quiz d'entraînement

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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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