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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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Alain PRIOU : Professeur des universités - Directeur du Groupe d'électromagnétisme appliqué - Université Paris Ouest Nanterre - La Défense
INTRODUCTION
Pratiquement tous les secteurs industriels de l'aéronautique, de l'aérospatiale, de l'automobile et des transports, puis maintenant des radiocommunications, sont demandeurs de nouveaux matériaux complexes pour remplir de nouvelles fonctions et progressivement remplacer les structures métalliques. L'apport des matériaux composites chargés d'inclusions diélectriques, conductrices ou de circuits électroniques devrait apporter des solutions.
Dans cet ensemble dédié aux matériaux composites en électromagnétisme, nous avons voulu faire un point sur les matériaux composites existants ou à venir et indiquer les applications et domaines concernés. Dans le premier article, nous définissons le domaine des hyperfréquences, puis la notion de matériau composite pour ensuite évoquer les aspects modélisation et caractérisation des ces matériaux. Dans les articles suivants, dont les titres sont donnés ci-dessous, nous abordons la modélisation des composites chargés, des matériaux électroniques associés et des métamatériaux. Puis nous détaillons les milieux absorbants et les grands principes qui les régissent et nous terminons par les procédés de caractérisation des milieux composites chargés ou à circuits électroniques.
Les matériaux composites en électromagnétisme font l'objet de plusieurs articles :
[E1164] Introduction ;
[E1165] Modélisation des composites, du matériau électronique et des métamatériaux ;
[E 1166] Matériaux absorbants radars ;
[E 1167] Caractérisation des matériaux composites.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules et aux documents « Pour en savoir plus » associés à chaque fascicule.
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1. Domaine des hyperfréquences
Le domaine des hyperfréquences couvre une gamme de fréquences qui va d'une centaine de mégahertz jusqu'à 100 GHz si l'on inclut les ondes millimétriques.
Dans ces gammes de fréquences, les applications vont des matériaux transparents, comme les radômes de protection des radars de pointe avant des avions et les fenêtres électromagnétiques, jusqu'aux matériaux absorbants et aux matériaux électromagnétiques intelligents. Ces matériaux correspondent à une classe de matériaux et/ou de milieux composites ayant une « intelligence » inhérente avec des capacités d'autoadaptation à une contrainte extérieure. Ils font partie de cette famille de matériaux qui « manifestent leurs propres fonctions intelligemment en fonction des changements de l'environnement ». Les matériaux « intelligents » électromagnétiques sont une sous-classe des matériaux intelligents. Ils peuvent changer en adaptant leurs propriétés électromagnétiques quand un stimulus externe est appliqué proportionnellement à la réponse électromagnétique mesurée. Ces matériaux électromagnétiques intelligents intègrent les milieux composites chargés et à circuits électroniques plus une série de capteurs qui leur permettent de répondre à des sollicitations externes. Dans le domaine des antennes, nous citons les antennes réseaux montées sur les ailes d'un avion qui doivent pouvoir se reconfigurer en fonction des vibrations ou des déformations subies lors d'un vol de l'avion.
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