Les métamatériaux acoustiques : généralités et applications

Abstract

Les cristaux phononiques (CP) (i.e. arrangements périodiques de plusieurs matériaux) ont suscité un grand intérêt au cours des deux dernières décennies en raison des propriétés inhabituelles qu'ils peuvent présenter. Classiquement, en fonction des propriétés des matériaux et de la disposition géométrique, les cristaux phononiques peuvent produire des bandes interdites, c'est-à-dire des gammes de fréquences dans lesquelles la propagation des ondes est interdite (i.e. les ondes sont évanescentes). Ces bandes interdites de Bragg offrent plusieurs applications potentielles, du kHz au GHz selon la périodicité spatiale, dans des domaines tels que l’isolation phonique, le filtrage fréquentiel sélectif, la furtivité en acoustique sous-marine ou la réalisation de transducteurs plus performants pour le contrôle non-destructif... Le vocable métamatériaux désigne une classe de matériaux artificiels présentant une structuration à une échelle plus petite que la longueur d’onde leur permettant d’adopter un comportement sans équivalent à l’état naturel. Les métamatériaux possèdent un comportement effectif macroscopique en relation étroite avec les propriétés des sous-structures les constituant. Ils peuvent présenter des résonances dites « locales » ou objets de petite taille mais résonants à des fréquences telles que la longueur d’onde effective dans le milieu ambiant est grande comparativement à l’objet. L’apparition de bandes interdites leur confèrent également un certain nombre d’applications potentielles. Dans cette présentation, après des généralités sur les métamatériaux et les cristaux phononiques, plusieurs applications spécifiques sont décrites, d’une part pour l’acoustique sous-marine, et d’autre part pour la réalisation de filtres RF agiles. Il s’agit à chaque fois de présenter l’état de l’art, les solutions actuelles et de proposer des perspectives en lien avec de nouvelles opportunités, de la conception à la réalisation de métamatériaux acoustiques.