Des métamatériaux activables pour contrôler les sons

Des chercheurs d’universités américaines ont développé un métamatériau acoustique imprimé en 3D qui peut être « éteint et allumé » à distance via un champ magnétique.

Alors que les métamatériaux fabriqués actuellement sont conçus avec des géométries fixes qui déterminent leurs propriétés, aussi inhabituelles soient-elles, des chercheurs de l’USC Viterbi (Los Angeles – USA) en collaboration avec des chercheurs du MIT et de l’Université du Missouri ont développé un métamatériau capable de bloquer des ondes sonores et des vibrations mécaniques qui peut être commutable à distance en utilisant un champ magnétique. Leurs travaux ont été publiés dans Advanced Materials en avril 2018.

Vue de près du métamatériau acoustique @Qiming Wang

Compression par champ magnétique

Le matériau fabriqué présente une structure lattice (structure de type treillis dont la maille élémentaire est souvent en nid d’abeille) intégrant des particules de fer. Lorsqu’un champ magnétique lui est appliqué, la géométrie et l’architecture intérieure du matériau change. Ses propriétés aussi. Et ce de manière réversible. La nouvelle structure compressée obtenue présente la capacité de bloquer les ondes sonores d’une certaine fréquence ainsi que les vibrations mécaniques ayant la même forme d’onde.

Module d’élasticité et densité négatives

Le mécanisme d’action s’appuie sur les propriétés anormales connues des métamatériaux acoustiques : un module d’élasticité effectif et une densité effective négatifs qui sont normalement tous deux positifs dans les matériaux standards. Ce qui signifie par exemple que lorsque l’on comprime le matériau, cela exerce sur lui une force de traction ! Les matériaux ayant ses propriétés négatives piègent certaines ondes par effet de résonance.

Le métamatériau fabriqué ici laisse passer certaines fréquences lorsque le module élastique et la densité sont négatifs en même temps. Si l’un ou l’autre des propriétés est négative et l’autre positive, les ondes sont bloquées. A chaque commutation du champ magnétique déterminée et que l’on a réussi à prévoir de manière théorique, l’état évolue de double négatif à une seule propriété négative.

Pour la suite, les chercheurs voudrait concevoir un matériau avec une réfraction négative – c’est-à-dire où une onde se réfléchit avec un angle impossible. Mais d’abord, ils doivent réussir à fabriquer des structures soient plus grandes soit plus petites que celles qui est présentée ici afin de travailler avec des gammes de longueurs d’onde plus variées.

Sophie Hoguin