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Cape acoustique conçue
Habitants de la ville, reposez-vous. Les ingénieurs ont conçu un matériau qui redirige les sons et pourrait être utilisé dans les bâtiments pour les protéger des bruits. Le matériau insonorisant, qui, s'il était réellement fabriqué, serait le premier dispositif d'occultation acoustique, pourrait également être utile pour cacher les navires militaires et autres navires du sonar.
Bouclier acoustique : Une cape acoustique composée de couches alternées de matériaux de diffusion du son devrait rendre les objets invisibles au sonar et isolés du son. Dans cette image générée par ordinateur, un cylindre (cercle vert) est recouvert de 200 couches d'un tel matériau, ce qui s'est avéré être la conception optimale. Les ondes sonores se déplaçant de gauche à droite (leurs pics et creux sont représentés par des lignes rouges et bleues) passent devant l'objet et se reforment de l'autre côté sans distorsion.
Les matériaux de camouflage acoustique, qui dirigent les ondes sonores autour d'un objet afin qu'elles se reforment de l'autre côté sans distorsion, n'existent pas dans la nature. Mais les ingénieurs dirigés par José Sánchez-Dehesa à l'Université polytechnique de Valence, en Espagne, ont créé un plan de fabrication, en utilisant des couches alternées de deux matériaux différents. Ces matériaux comprendraient des réseaux de cristaux soniques – des motifs de petites tiges en aluminium ou en d'autres matériaux qui permettent à certaines ondes sonores de passer tout en bloquant le passage d'autres.
La conception des matériaux de camouflage, publiée dans le Nouveau Journal de Physique , montre que la fabrication d'un bouclier acoustique peut être réalisée de manière simple et directe, explique Steven Cummer , ingénieur électricien à l'Université Duke qui a participé à la construction de la première cape lumineuse en 2006.
En s'appuyant sur les travaux théoriques de John Pendry à l'Imperial College de Londres, un groupe de l'Université Duke dirigé par David R. Smith et y compris Cummer a créé un bouclier qui rend les objets invisibles à une fréquence particulière de lumière micro-ondes. Ils ont utilisé des métamatériaux, des composites artificiellement structurés conçus pour avoir des propriétés inégalées par les matériaux naturels. Depuis environ 10 ans, les ingénieurs conçoivent des métamatériaux pour manipuler la lumière dans l'espoir de créer de nouvelles technologies d'affichage, des lentilles de microscope et des puces informatiques denses en transistors. La nouvelle recette de cape acoustique s'appuie sur les récents travaux théoriques de Cummer sur les matériaux acoustiques et montre que les métamatériaux peuvent être utilisés pour manipuler les ondes sonores ainsi que les ondes lumineuses. Cummer, qui n'a pas été impliqué dans le travail de Sánchez-Dehesa, dit qu'il devrait désormais être possible de fabriquer une cape acoustique.
Pour qu'un matériau fonctionne comme un manteau acoustique, la vitesse du son qui le traverse doit dépendre de la direction. C'est-à-dire que les ondes sonores se déplaçant à travers le matériau de protection dans une direction doivent se déplacer à une vitesse différente de celle des ondes se déplaçant dans une direction perpendiculaire. Ces différences créent des effets de diffusion qui devraient diriger les ondes sonores vers un objet protégé comme de l'eau s'écoulant autour d'un rocher. Étant donné que les ondes retrouvent leur conformation d'origine après avoir traversé un tel objet protégé, l'objet devient effectivement invisible au sonar. Et un auditeur à l'intérieur d'un tel bouclier n'entendrait pas les sons qui circulent.
Sánchez-Dehesa a modélisé une cape acoustique en deux dimensions, mais dit qu'extrapoler son travail en trois dimensions devrait être simple. Nous proposons une cape pour toutes les formes, dit-il. Cacher les navires de guerre du sonar est une application possible. Mais Sánchez-Dehesa s'intéresse au problème du bruit en général. En principe, dit-il, il est possible de rendre cette cape très fine, de l'ordre de quelques centimètres. Si nous pouvions concevoir un mur à mettre dans une maison pour faire écran aux bruits extérieurs, ce serait très bien. Cummer imagine des colonnes pour salles de concert qui font du gros œuvre mais, acoustiquement, ne sont effectivement pas là.
Contrairement aux capes lumineuses, qui peuvent protéger les objets de la lumière d'une seule fréquence, les capes acoustiques devraient pouvoir protéger un objet sur une large gamme de fréquences. Selon la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, les écrans lumineux ne peuvent fonctionner qu'à une seule longueur d'onde. Lorsqu'une vague se déplace autour d'un matériau [masquant], elle doit aller plus vite qu'elle ne le fait dans l'air, explique Cummer. Selon les lois de la physique, il n'est pas possible de le faire à plus d'une fréquence à la fois. La vitesse du son, cependant, n'est pas une constante universelle, il devrait donc être possible de fabriquer des capes acoustiques à large bande.
Selon la conception de Sánchez-Dehesa, les épaisseurs des couches alternées constituant le bouclier acoustique doivent être très soigneusement contrôlées. Cummer dit que cela présentera un défi d'ingénierie, mais pas insurmontable. En effet, dit Cummer, la conception d'un écran acoustique donne aux matériaux acoustiques techniques un grand pas en avant.