Des événements extrêmes dans les métamatériaux
Les métamatériaux ont la capacité de contrôler les ondes qui nous entourent, mais que se passe-t-il quand les ondes sont particulièrement intenses ? Une équipe basée au Mans mène l’enquête grâce à des métamatériaux flexibles.
Grâce à leurs structures artificielles et sans équivalent dans la nature, les métamatériaux permettent de guider et de « contrôler » les ondes qui les rencontrent, qu’il s’agisse par exemple de la lumière ou de sons. Mais plutôt que d’étudier des comportements classiques, certains chercheurs poussent les métamatériaux dans leurs retranchements en explorant des événements ondulatoires extrêmes.
« Je m’intéresse à la propagation d’ondes et à la dynamique de matériaux mécaniques flexibles, explique Vincent Tournat, directeur de recherche CNRS au Laboratoire d’acoustique de l’Université du Mans1 . Cela passe par la conception et l’analyse de métamatériaux, qui sont obtenus par impression 3D, découpe laser et des méthodes de fabrication récentes comme les moulages de silicone. Cela permet d’avoir des matériaux flexibles fabricables de manière arbitraire, qui supportent la propagation d’ondes de fortes amplitudes, parfois “extrêmes”. »
Une résolution d’équations non linéaires
En choisissant soigneusement la géométrie de ces métamatériaux, conçus à partir de cellules élémentaires aux propriétés bien connues, il est possible de modéliser leur comportement avec des ingrédients simples, menant à des équations d’ondes non linéaires variées. Ils peuvent ainsi servir de plateforme expérimentale à des équations qui se résoudraient sinon par simulation ou qui possèdent des solutions connues. « L’étude des ondes de fortes amplitudes dans ces métamatériaux couvre différentes facettes de la recherche : théorie, simulation et expérience », affirme Vincent Tournat.
Ils permettent même d’explorer des comportements très riches qui intéressent les mathématiques appliquées : les équations non linéaires. Il s’agit d’équations dont les solutions ne sont pas proportionnelles aux sources qui les engendrent, que l’on retrouve notamment dans les domaines de l’optique, du quantique ou encore de l’astrophysique. Les métamatériaux mécaniques, capables de changer de forme de façon contrôlée et d’adapter leurs propriétés, permettent de tester, voire de résoudre expérimentalement, des équations très générales. « On peut faire un peu ce que l’on veut avec les ondes qui se propagent dedans, poursuit Vincent Tournat. C’est un vrai jeu dans cet espace pour explorer plein de choses sur le comportement des ondes. »
- 1LAUM, CNRS/Le Mans Université