METAKOUSTIK une approche rationnelle pour les métamatériaux acoustiques

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Marie-Françoise Lheureux
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1 METAKOUSTIK une approche rationnelle pour les métamatériaux acoustiques Christophe ARISTEGUI * Thomas BRUNET * Olivier PONCELET * Régis WUNENBURGER + Jacques LENG Olivier MONDAIN-MONVAL * Institut de mécanique et d ingénierie + Laboratoire onde et matière Aquitaine Ultrasons, théorie, expérience, numérique Centre de Recherche Paul-Pascal Laboratoire du Futur Matière molle, formulation, microfluidique

2 Résumé 1. une (très) courte introduction aux métamatériaux 2. projet METAKOUSTIK matière molle, microfluidique et ultrasons 3. exemples de réalisations de métafluides acoustiques

3 Métamateriau définition un matériau avec des propriétés non-conventionelles un matériau avec des propriétés qui n existent pas dans la nature G. Volpe, Optics & Photonics Focus (2009)

Une courte histoire EM 1968 V. Veselago en.wikipedia.

4 Une courte histoire EM 1968 V. Veselago en.wikipedia.org Est-il possible d avoir? oui, si et sont simultanément négatifs ces matériaux n existent pas dans la nature 1999 J. Pendry théorie des métamatériaux optique de transformation applications potentielles Propose une solution: SRR

$Réfraction négative 2001 D.$ phy.duke.edu SRR cuivre, ~ 2x0.

5 Réfraction négative 2001 D. Smith Shelby & Co, Science, 2001 news.phy.duke.edu SRR cuivre, ~ 2x0.2 mm Fil de cuivre domaine des micro-ondes milieu effectif

6 MTM pour l Optique? Applications possibles en Optique réflectance nulle / absorbeurs parfaits sources de lumière nano miniaturisation des antennes et des guides lentille plate, résolution sub-lambda Soukoulis & Co, Science, 2007

«MTM Beyond Electromagnetism» Wegener, Rep. Prog. Phys. 2013 http://www.cfn.kit.edu/ 2008-2013 M.

7 «MTM Beyond Electromagnetism» Wegener, Rep. Prog. Phys M. Wegener Thermodynamique Mécanique Acoustique > matière structurées par des inclusions localement résonantes Photonique, cristaux phononiques Matériaux localement résonants

8 METAKOUSTIK Matière molle, microfluidique et ultrasons Conception et réalisation d inclusions résonantes ultrasons (khz-mhz) inclusions sub-lambda résonance Inclusions microstructurées core-shell & capsules Inclusions «lentes» poreux & gels Matériaux localement résonants

9 Résonateurs acoustiques (ultrasons) Résonance de Mie si n = 0 n = 1

10 Patrons liquides gouttes huile F. SARRAZIN réactif 1 réactif µm huile objets calibrés µm, cv 1% Hz synthèse en goutte mélange reaction spontanée photo-induite thermique encapsulations multiples

11 Micro-particules à façon (R ~ 100 µm) S. RAFFY / R. TADMOURI / A. ALEKSANYAN / A. TURANI / A. PERRO / A. MERLIN / EGaIn alloy Nanoporous silica Cholesteric LC Core-shell Foams Porous elastomers

Résonateur de Mie émulsions lentes huile fluorée microscopie rayon ± 2% 208.8 +/- 2.48 µm (1.

12 Résonateur de Mie émulsions lentes huile fluorée microscopie rayon ± 2% / µm (1.2 %) gel 300 µm count diameter ( m) R f ( Q / v) 250 Matrices Fluide à seuil ρ 0 = g/cm 3 v 0 = 1492 m/s α 0 = MHz -2.mm -1 Inclusions Huile lente ρ 1 / ρ 0 > 1.5 v 1 / v 0 < 0.6 α 1 unknown r (µm) Q/v (m 2 ) x 10-3

13 Résonateurs de Mie indépendants eau c = 1450 m/s huile c = 600 m/s f = 0.45% <a>=106 µm f = 0.68% <a>=180 µm nombreux modes n = 0, 1, résonance si les modes se surperposent très sensible à la dispersité effet modeste App. Phys. Lett J. Am. Soc. Acoustic. 2013

14 Impact de la polydispersité

Vers les métamateriaux résonance de Mie «ultra-forte» Brunet, App. Phys. Lett. 2012 ~ 1500 m.s -1 < 200 m.

15 Vers les métamateriaux résonance de Mie «ultra-forte» Brunet, App. Phys. Lett ~ 1500 m.s -1 < 200 m.s -1 les matériaux poreux sont de bons candidats bulk silica soft porous rubbers silica aerogels Zimny, Langmuir 2015 Lino, Acoust. Sci. Tech. 2011

16 Soft rubber polyhipes mousse de silicone photopolymérisée c ~ 80 m/s 100 µm

$Indice de réfraction négatif$

17 Indice de réfraction négatif concentration Science 2013 Nature Materials 2014

18 Résonateurs de Mie inorganiques synthèse sol-gel en voie basique 100 µm 1- précurseur de silice 2- catalyseur 3- huile

19 Ingénierie structure de bandes squelette ± rigide Advanced Materials 2015

20 Metacoatings ANR BRENNUS Wafer-scale 200 µm Continu

Merci Bordeaux (I2M, ICMCB, IECB, IMS, CRPP,

SANDRE Rawad TADMOURI Kevin ZIMNY ANR LabEx

21 Merci Bordeaux (I2M, ICMCB, IECB, IMS, CRPP, LCPO, ) Montpellier (L2C) Paris (Collège de France, ESPCI) Artem KOVALENKO Hélène LALO Aurore MERLIN Benoit MASCARO Simon RAFFY Olivier SANDRE Rawad TADMOURI Kevin ZIMNY ANR LabEx AMADEus Région Aquitaine Solvay Université de Bordeaux US Air Force

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