Une tôle qui n’émet aucun bruit de ferraille

Le modèle d’étude que les chercheurs utilisent est formé d’une lame d’aluminium d’un mètre de long et d’un centimètre de large. Cette lame de tôle peut vibrer à différentes fréquences. Pour contrôler la propagation des ondes, dix petits cylindres d’aluminium de 7 mm d’épaisseur et de 1 cm de hauteur sont fixés sur la lame de métal. Des disques piézoélectriques, qui peuvent être excités électroniquement et changer ainsi d’épaisseur à la vitesse de l’éclair, sont intercalés entre la lame et les cylindres. Ceci permet aux chercheurs réunis autour du chef de projet, Andrea Bergamini, de contrôler avec précision si et comment les ondes se propagent dans la lame de tôle. Celle-ci s’est ainsi transformée en un cristal phononique adaptatif – un matériau dont on peut faire varier les propriétés.

 

Le modèle d’étude du matériau programmable

 

Adaptation en une fraction de seconde

La commande des disques piézoélectriques peut être réglée de manière à ce que les ondes se propagent tout à fait normalement dans la lame de tôle, comme s’il n’y avait pas de cylindres fixés sur elle. Une autre configuration permet d’éliminer un spectre de fréquences défini. Et il est possible de faire varier cet amortissement – car la commande électronique permet de modifier en une fraction de seconde les propriétés mécano-élastiques des disques piézoélectriques – de la flexibilité la plus douce à la rigidité totale.

Andrea Bergamini expose sur quoi pourraient déboucher les résultats de ce travail de recherche: «Imaginez une tôle sur laquelle on a imprimé un circuit électronique et disposé, à espaces réguliers, de petits éléments piézoélectriques. Il est alors possible de programmer cette tôle sur une fréquence de vibration bien précise. Et ce qui est intéressant c’est que même si l’on coupe une partie de la tôle, les ondes continuent à ce propager de la même manière dans le morceau restant».



Cette méthode peut aussi s’utiliser pour des éléments tridimensionnels, si bien que ces métamatériaux pourraient venir révolutionner la construction des machines et des installations. Jusqu’ici, les caractéristiques vibratoires souhaitées devaient se déterminer déjà lors du choix des matériaux. A l’avenir le matériau pourrait réagir aux valeurs actuelles des vibrations et adapter ses caractéristiques vibratoires, ce qui permettrait de réaliser des installations plus stables mais aussi plus légères.

 

Poursuite de la recherche sur les matériaux «programmables»

Dans le projet «Phononic Crystal with Adaptive Connectivity», Andrea Bergamini a collaboré avec le groupe de travail de Paolo Ermanni à l’EPF de Zurich. Massimo Ruzzene, du «Georgia Institute of Technology», y a également participé. Un projet subséquent sera consacré à l’élargissement de la programmabilité du prototype: «Jusqu’ici, chaque élément piézoélectrique réagissait aux vibrations seul et indépendamment de ses voisins», explique Andrea Bergamini. «Dans une prochaine étape, nous voulons connecter entre eux ces éléments pour pouvoir les commander ensemble ou de manière coordonnée.»

 

Informations complémentaires sur les métamatériaux (librement d’après Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Metamaterial) Les métamatériaux sont des matériaux composites artificiels structurés à une échelle inférieure à celle de la longueur d’onde de stimuli extérieurs. Les métamatériaux peuvent présenter des propriétés que l’on ne trouve pas dans la nature, comme un indice de réfraction négatif, par exemple. Ils sont formés par assemblage de plusieurs matériaux, tels que des métaux ou des polymères, avec des structures périodiques définies. Les métamatériaux doivent leurs propriétés non pas à leurs constituants, mais à la périodicité bien précise de leur structure. La forme, la géométrie la taille, l’orientation et l’arrangement de leurs constituants leur permettent de modifier les ondes lumineuses ou sonores d’une manière impossible à obtenir avec les matériaux conventionnels.   Bibliographie «Advanced Materials», 5 mars 2014): http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.v26.9/issuetoc

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