Photonique : une modélisation pour les lentilles acoustiques

Lundi, 1 Avril, 2019

Une équipe internationale, dont des scientifiques de notre équipe OSE, a non seulement conçu une lentille acoustique de format réduit, mais aussi développé des modèles pour les concevoir et une méthode optique d'imagerie pour valider ces systèmes. Ces travaux, publiés dans la revue Physical Review B, pourraient aider à produire des métamatériaux acoustiques, capables de dévier ou d’étouffer le bruit.

Pour manipuler une onde, la taille des éléments dépend de sa longueur d’onde. Ainsi, une lentille façonnée pour un laser très énergétique pourra être minuscule, alors qu’une onde acoustique peut demander un équivalant se comptant en mètres. Un groupement de chercheurs a cependant développé des systèmes pour fabriquer des lentilles acoustiques bien plus petites. Elles reproduisent l’image tridimensionnelle d’une source sonore émettant à 10,6 kHz, grâce à un cristal sur mesure d’une quinzaine de centimètres de haut et de large, pour six d’épaisseur.

Cette lentille a été assemblée à partir de quatre cents sphères en résine polymère, obtenues par une imprimante 3D. La taille des sphères et leur espacement ont été déterminés par des simulations simplifiant la propagation de l’onde, en la comparant ici à un système de type masse-ressort. L’ensemble se comporte en effet comme un cristal phononique, propriété n’existant pas dans les milieux continus. Scrutant les changements de pression produits par les ondes acoustiques, un capteur interférométrique par réinjection optique dans une diode laser permet de vérifier que ce cristal phononique se comporte comme une lentille fonctionnelle. Cela ouvre une nouvelle voie pour la conception de métamatériaux acoustiques, par exemple pour rendre les appareils à IRM plus silencieux. Cela apaiserait les patients, qui bougeront moins, améliorant ainsi l’imagerie et permettrait à un public claustrophobe ou aux jeunes enfants d’être diagnostiqués sans anesthésie générale.

Ces travaux ont notamment mobilisé des chercheurs de l’Institut Fresnel (CNRS/École Centrale Marseille/Aix-Marseille Université), de l’Imperial College de Londres, de l’Institut Franche-Comté électronique mécanique thermique et optique - sciences et technologies (FEMTO-ST, CNRS/Université de Technologie Belfort-Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENSMM), l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/École Centrale de Marseille/Aix-Marseille Université), de l’université australienne du Queensland et de l’entreprise suisse Multiwave Technologies, au travers de sa filiale française Multiwave Innovations.

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