Janus : une structure qui modifie le son différemment selon sa provenance

Résultats scientifiques

Les métamatériaux sont conçus pour modifier les ondes incidentes qu’ils reçoivent avec une précision inatteignable par des surfaces naturelles. Des scientifiques de l’Institut Jean Lamour (CNRS/Université de Lorraine) ont ainsi développé Janus, une métastructure capable de traiter différemment des ondes acoustiques selon qu’elles arrivent de la gauche ou de la droite. Publiés dans Nature Communications, ces travaux reposent notamment sur des systèmes rotatifs qui font résonner le son de manière extrêmement contrôlée et sélective.

Les métastructures, métasurfaces et autres métamatériaux, sont spécifiquement conçus pour manipuler et structurer les ondes qui viennent à leur contact. Cela peut par exemple servir à absorber des sons de certaines fréquences sans toucher aux autres, ou à laisser de la musique sortir d’une pièce sans permettre au bruit extérieur d’entrer. Ces systèmes peuvent atteindre de hauts niveaux de complexité, au point de pouvoir cumuler plusieurs propriétés au sein d’une surface ou d’un dispositif compact, et de traiter différemment des ondes en fonction de leur direction. Inspirés par le dieu romain Janus, pourvu de deux visages, des scientifiques de l’équipe métamatériaux et phononique de l’Institut Jean Lamour (CNRS/Université de Lorraine) ont développé des métastructures acoustiques appelées Janus, qui modifient indépendamment des ondes sonores selon qu’elles viennent de la droite ou de la gauche.

Ces métastructures ont été imaginées à partir de simulations numériques et de mesures expérimentales qui ont guidé la conception de leurs surfaces complexes. En effet, elles sont constituées de systèmes rotatifs en acide polylactique (PLA), un polymère biodégradable courant dans l’industrie, qui agissent comme des résonateurs acoustiques. Ce système module la phase des ondes incidentes, et ce d’une manière différente selon qu’elles viennent de la droite ou de la gauche. Le système est reconfigurable par de légers changements de design, et en jouant sur la vitesse des systèmes rotatifs (qui avoisinent les 720 tours minute). Les métastructures Janus peuvent ainsi effectuer des réfractions négatives, focaliser, absorber, diffuser ou dédoubler des faisceaux d’ondes. Les chercheurs tentent à présent de faire fonctionner Janus dans davantage de directions que strictement gauche ou droite, et de lui faire réaliser davantage de manipulations d’ondes.

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Le concept de métastructure acoustique Janus, avec une simulation numérique de la structuration du front d’onde (bas), ainsi que la démonstration expérimentale des fonctionnalités de focalisation et d’absorption des deux côtés de la métastructure (haut). © Zhu et al.

Référence

Yifan Zhu, Liyun Cao, Aurélien Merkel, Shi-Wang Fan, Brice Vincent & Badreddine Assouar
Janus acoustic metascreen with nonreciprocal and reconfigurable phase modulations
Nature Communications 12 (2021) 7089.

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27403-4

Contact

Badreddine Assouar
Chercheur à l'Institut Jean Lamour
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS
Christophe Cartier dit Moulin
Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC