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Les cristaux phononiques et métamatériaux acoustiques

Propagation d’ondes en milieux complexes : approches théorique et expérimentale

Animateur : Badreddine ASSOUAR

Participant : Badreddine ASSOUAR,Mourad OUDICH

Les cristaux phononiques et métamatériaux acoustiques constituent une thématique qui a été lancée en 2006 au laboratoire. Il s’agit de structures ou matériaux artificiels présentant des bandes fréquentielles interdites pour toute propagation d’ondes élastiques ou acoustiques appelées : bandes interdites. L’idée est d’abord de proposer puis d’étudier de nouveaux concepts et structures par des approches à la fois théoriques/numériques et expérimentales. Nous nous intéressons aux cristaux phononiques à résonance locale (LRPC) opérant dans les régimes soniques et hypersoniques. Il s’agit d’exploiter le régime sub-longueur d’onde inhérents aux LRPC pour développer des applications en basses fréquences (isolation sonique, isolation dans les systèmes aérospatiaux et aéronautiques…), et des applications en hautes fréquences (filtrage très sélectif, guides d’onde, démultiplexage, capteurs…). Ces structures peuvent être micro ou nanostructurées pour les applications hautes fréquences, ou macroscopiques (millimétriques) pour les basses fréquences. Cette homothétie sur les dimensions permet d’étudier les phénomènes et mécanismes physiques sous-jacents à ces matériaux artificiels dans des régimes fréquentiels différents et d’exploiter leurs propriétés uniques qu’on ne peut trouver dans la nature (indice de réfraction négatif, densité de masse effective négative, module élastique négatif …).



Fig.1 : Exemple de métamatériau en plaque à base de cylindres (résonateurs) composé de silicone rubber et de tungstène.

Nos études se déclinent sur deux volets. Premièrement, nous étudions des LRPC ou métamatériaux acoustiques bidimensionnels en plaque à base de cylindres ou d’inclusions sur ou incorporés dans des plaques minces. La figure 1 en montre un exemple composé d’une plaque mince d’aluminium sur laquelle sont arrangés des cylindres composés de silicone rubber et de tungstène. Ces structures macroscopiques présentent des bandes interdites allant de 600 Hz à 3kHz en fonction des paramètres géométriques. La figure 2 illustre un exemple de mesures expérimentales par vibrométrie Doppler dans des guides d’ondes créés dans ces métamatériaux où nous exploitons le régime sub-longueur d’onde pour confiner et guider des ondes élastiques de très basses fréquences.

Fig.1 : Mesures expérimentales par vibrométrie Doppler dans deux guides d’ondes de largeur différentes créés dans un métamatériau en plaque.

En parallèle, nous nous intéressons à l’exploitation du régime sub-longueur d’onde pour les applications hautes fréquences (>GHz). L’idée est de réaliser des cavités et des guides d’ondes monomode par une simple création de défaut dans la structure.

 

 

Liste de publications :

1. M. B. Assouar, M. Senesi, M. Oudich & al. Appl. Phys. Lett., 101 (2012) 173505.

2. M. Oudich & M. B. Assouar. Journal of Applied Physics, 112 (2012) 104509.

3. M. B. Assouar & M. Oudich. Applied Physics Letters, 100 (2012) 123506.

4. Y. Li, Z. Hou, M. Oudich & M. B. Assouar. J. Appl. Phys., 112 (2012) 023524.

5. M. Oudich & M. B. Assouar. Journal of Applied Physics, 111 (2012) 014505.

6. M. Oudich, M. Senesi, M. B. Assouar, M. Ruzzene & al. Phys. Rev. B, 84 (2011) 165136.

7. M. B. Assouar & M. Oudich. Applied Physics Letters, 99 (2011) 13505.

8. D. Bria, M. B. Assouar, M. Oudich, Y. Pennec & al. J. Appl. Phys., 109 (2011) 014507.

9. M. Oudich, M. B. Assouar & Z. Hou. Applied Physics Letters, 97 (2010) 193503.

10. M. Oudich, Y. Li, M. B. Assouar & Z. Hou. New Journal of Physics,12 (2010) 083049.

11. Y. Li, Z. Hou, X-J Fu & M. B. Assouar. Chinese Physics Letters, 27 (2010) 074303.

12. V. Laude, M. B. Assouar & Z. Hou. IEEE TUFFC , 57 (2010) 1649.

13. Z. Hou & M. B. Assouar. Springer Science and Business Media, 26 (2010) 325.

14. Z. Hou & M. B. Assouar. Journal of Physics D: Applied Physics, 42 (2009), 085103.

15. Z. Hou & M. B. Assouar. Journal of Physics D: Applied Physics, 41 (2008) 215102.

16. Z. Hou & M. B. Assouar. Journal of Physics D: Applied Physics, 41 (2008) 095103.

17. Z. Hou & M. B. Assouar. Physics Letters A, 372 (2008), 2091.

18. M. B. Assouar, B. Vincent, H. Moubchir. IEEE TUFFC, 55 (2008) 273.