Métaréseaux pour la manipulation de fronts d’onde en acoustique sous-marine

Résumé
Les métaréseaux sont des assemblages périodiques de diffuseurs, introduits récemment en électromagnétisme [1] et en acoustique [2] pour permettre un contrôle arbitraire de la direction de propagation de fronts d’onde avec une grande efficacité (~100 % de l’énergie redirigée dans la direction souhaitée). Dans ce travail, nous étudions de tels métaréseaux pour manipuler des ondes ultrasonores dans l’eau. Ils sont construits à partir d’assemblages de tubes ou cylindres de laiton, maintenus par des structures imprimées en 3D. Ils peuvent être optimisés pour fonctionner en transmission ou en réflexion devant une surface libre (l’interface eau/air) ou rigide. Dans ce dernier cas, il est par exemple possible d’obtenir une réflexion négative (une onde en incidence oblique repart vers sa direction d’incidence [3]).
De plus, nous montrons comment un assemblage asymétrique de multiples éléments par cellule périodique du réseau permet d’obtenir un effet de miroir acoustique unidirectionnel: un front d’onde en incidence normale d’un côté du réseau est transmis, tandis qu’un font d’onde similaire incident de l’autre côté est réfléchi [4].
Nous combinons analyse théorique, modélisation par éléments finis, et expérimentation en cuve pour comprendre les phénomènes en jeux, les exploiter, et proposer de possibles applications en acoustique sous-marine.

[1] Y. Ra’di, D. L. Sounas, and A. Alù, Metagratings: Beyond the Limits of Graded Metasurfaces for Wave Front Control, Phys. Rev. Lett., 2017.
[2] D. Torrent, Acoustic anomalous reflectors based on diffraction grating engineering, Phys. Rev. B, 2018. 
[3] S. Bernard, F. Chikh-Bled, H. Kourchi, F. Chati and F. Léon, Broadband negative reflection of underwater acoustic waves from a simple metagrating: modeling and experiment, Phys. Rev. Appl., 2022.
[4]  H. Kourchi,  S. Bernard,  F. Chati and F. Léon, Efficient asymmetrical transmission through a metagrating for underwater acoustic waves, Appl. Phys. Lett., 2023.

Le mardi 12 mars 2024 à 11h00 / Amphithéâtre François Canac, LMA

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