Alain PRIOU

Tous les secteurs industriels de l'aéronautique, l'aérospatiale, l'automobile et les transports, les radiocommunications, sont en demande croissante de nouveaux matériaux complexes qui permettraient de remplir de nouvelles fonctions et progressivement remplacer les structures métalliques. La technologie des matériaux composites chargés d'inclusions diélectriques, conductrices ou de circuits électroniques devrait apporter des solutions. Cet article introduit les matériaux composites en électromagnétisme, leurs applications et les domaines concernés. La notion de matériau composite est ensuite définie pour préciser les aspects modélisation et caractérisation de ces matériaux.

Après avoir rappelé les lois de Maxwell et la modélisation de couches homogènes, l’article présente l'analogie entre les matériaux et les circuits électroniques. Les matériaux pour l’électromagnétisme peuvent s’élaborer sur la base de matériaux composites issus de la combinaison de divers éléments. Une autre approche dite structurée consiste à la mise en réseau périodique d'inclusions ou d'agrégats (diélectriques, conducteurs ou métalliques). Ces procédés aboutissent aux circuits électroniques et aux métamatériaux, avec la possibilité d’un meilleur contrôle de la propagation des ondes électromagnétiques et des perspectives de miniaturisation. Les aspects de la modélisation ainsi que les applications spécifiques sont détaillés pour chaque type de matériaux.

De nombreuses techniques existent permettant la mesure et la caractérisation des matériaux composites manufacturés (à permittivité et perméabilité positives ou négatives) ou structuraux (à réseau périodique). L’article se focalise essentiellement sur les méthodes en espace libre souvent préférées aux techniques coaxiale, de cavité ou d’interférométrie. Parmi les raisons qui justifient ce choix, soulignons que ces méthodes nécessitent peu de préparation des échantillons, ne sont pas destructives, et restent sans contact. De plus, les techniques en espace libre sont adaptées aux mesures sous incidence variable et sous des températures relativement élevées.

Le radar fut développé pour la détection de cibles à distance et pour remplacer la détection visuelle. En pratique, les matériaux absorbants les plus efficaces sont fortement dépendants de paramètres liés à une situation donnée (fréquence du radar, forme de l'onde émise, largeur de bande, forme de la cible, etc.). Ainsi, leurs propriétés et exigences sont à relier à un grand nombre de considérations, notamment la gamme d’absorption, leurs poids et géométries, la tenue en puissance, la stabilité mécanique et les facilités de fabrication. Cet article présente les divers types d'écrans plans à faible bande, les structures multicouches à très large bande, les écrans analogiques et les écrans sélectifs en fréquence. Sont abordés également les concepts d'écran à base de milieux chiraux et un exemple de structure absorbante à très large bande.