Ondes élastiques dans des rubans mous


Les matériaux mous sont tout particulièrement intéressants d’un point de vue ondulatoire. En raison de leur nature quasi-incompressible, il existe un grand contraste entre les vitesses des ondes longitudinales et transversales. Dans le même temps, les barres rectangulaires constituent également une géométrie intéressante du point de vue des ondes élastiques puisqu’elles agissent comme des guides d’ondes. Notamment, la propagation des ondes guidées polarisées dans le plan d’un tel ruban peut être élégamment assimilée aux biens connues ondes de Lamb qui se propagent dans les plaques.

La combinaison de ces deux ingrédients a conduit des chercheurs de l’Institut Langevin et du laboratoire PMMH à mettre en place une plateforme expérimentale permettant d’étudier les ondes guidées au sein de rubans mous. Non seulement, cela a révélé la possibilité de mesurer des cartes de déplacement à l’aide de la technique de « Digital Image Correlation » tout droit venue de la communauté de la mécanique des fluides, mais cela a également permis de révéler la richesse de la physique associée à ces ondes guidées comme le montre cette publication récente dans PNAS.

Le diagramme de dispersion complet a été obtenu pour des fréquences allant de 1 à 200 Hz. On constate notamment que le mode longitudinal fondamental se propage avec une vitesse totalement indépendante de la vitesse de l’onde longitudinale malgré sa polarisation longitudinale. De plus, un cône de Dirac, une caractéristique qui est habituellement observée dans le contexte de la physique du solide, a été mis en évidence expérimentalement. Cette propriété est impliquée dans de nombreux phénomènes de transport inhabituels tels que le caractère isolant en volume mais conducteur sur ses bords des isolants topologiques par exemple. Ici, les chercheurs exploitent la polarisation circulaire à l’origine de cette dégénérescence de Dirac pour exciter préférentiellement les ondes se déplaçant dans la direction souhaitée donnant lieu à un transport unidirectionnel.

Somme toute, ces travaux sont le fruit de la collaboration entre des chercheurs d’horizons différents et ouvrent de nombreuses perspectives. Par exemple, les matériaux mous sont l’élément de base de la plupart des tissus humains. Et un certain nombre de processus naturels reposent sur la déformation des tissus mous en forme de ruban. Par exemple, la transduction sonore est opérée chez les mammifères via la vibration des membranes tectoriale et basilaire au sein de la cochlée.

Comme écrit dans la conclusion de leur article, « nous pourrions bientôt découvrir que l’évolution avait depuis longtemps adapté les propriétés exceptionnelles du graphène au monde vivant ».

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