Les amphithéâtres romains agissent comme des capes d'invisibilité sismique

Une image du Colisée romain Lars | Unsplash

Les amphithéâtres romains comptent parmi les plus anciennes constructions humaines sur Terre. Ces structures sont remarquablement bien conservées à divers endroits de l'ancien empire romain.

C'est d'autant plus remarquable qu'une grande partie de ce territoire est sismiquement active : il se situe à la frontière tectonique entre les plaques eurasienne et africaine et a connu de nombreux tremblements de terre qui ont détruit d'autres types de bâtiments. Alors, comment ces amphithéâtres ont survécu pendant 2 000 ans est une sorte de casse-tête.

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse potentielle grâce aux travaux de Stéphane Brûlé et de ses collègues de l'Université d'Aix-Marseille dans le sud de la France. Ces gars-là ont étudié la façon dont certaines structures enfouies dans le sol, ou posées dessus, peuvent modifier la façon dont les ondes sismiques se propagent à travers la Terre. En particulier, ils ont étudié des capes d'invisibilité sismique qui peuvent diriger les ondes sismiques autour de régions spécifiques et ainsi les protéger.

Leur conclusion est que les amphithéâtres romains peuvent agir comme des capes d'invisibilité sismique grâce à leur forme. C'est, disent-ils, la raison de leur remarquable longévité.

Tout d'abord un peu de contexte. Les physiciens savent depuis longtemps que certains modèles réguliers d'objets peuvent interagir avec les ondes d'une manière qui les oriente et modifie leur comportement. Une caractéristique curieuse de ce phénomène est que les objets eux-mêmes sont beaucoup plus petits que les ondes elles-mêmes. Mais l'effet combiné de nombreux objets disposés selon un motif régulier a une influence importante sur les vagues.

En 2006, les physiciens ont utilisé cette idée pour créer un modèle de résonateurs métalliques qui orientent les micro-ondes autour d'une région de l'espace. Pour un observateur extérieur regardant avec des yeux à micro-ondes, cette région de l'espace, et tout ce qu'elle contient, disparaît. En effet, l'équipe avait construit la première cape d'invisibilité au monde.

Depuis lors, les chercheurs ont construit des capes d'invisibilité pour un large éventail d'ondes différentes dans le spectre électromagnétique et au-delà. En 2012, ils ont suggéré que les capes d'invisibilité sismique pourraient protéger les centrales électriques et les barrages des tremblements de terre. Ensuite, Brûlé et ses collègues en ont construit et testé un .

Depuis, les chercheurs ont poursuivi leurs études sur les métamatériaux sismiques qui, selon eux, peuvent prendre plusieurs formes. Les premières expériences impliquaient des structures souterraines ou des vides. Mais des travaux plus récents suggèrent que les caractéristiques de surface comme les arbres et les bâtiments peuvent également influencer les ondes sismiques.

Une idée est que les ondes sismiques font vibrer un gratte-ciel. Mais cette vibration elle-même envoie des ondes à travers le sol. Donc, si les deux ensembles d'ondes pouvaient s'influencer ou même s'annuler, le bâtiment aurait alors une influence atténuante importante sur les ondes.

Brûlé et ses collègues ont même effectué des mesures de preuve de principe sur les ondes générées par un gratte-ciel à la suite d'un bruit sismique. Le bâtiment en question est la tour LatinoAmericana, un gratte-ciel de 282 mètres à Mexico qui a survécu à plusieurs tremblements de terre majeurs depuis sa construction en 1956.

Les chercheurs ont développé un modèle informatique pour étudier comment les gratte-ciel disposés en cercle pourraient agir comme une cape d'invisibilité qui crée une zone de sécurité en son centre. Les bâtiments à l'intérieur de l'anneau du manteau et à l'extérieur du manteau seraient gravement touchés par l'onde sismique, mais la région au centre (par exemple un parc) serait une zone sûre où les gens pourraient se rassembler et rester en sécurité pendant un tremblement de terre, disent-ils .

Au cours de ces études, ils ont noté une ressemblance entre les motifs circulaires qu'ils ont générés et la conception des amphithéâtres antiques. Il existe des similitudes frappantes entre une cape d'invisibilité testée pour différents types de vagues et des vues du ciel de théâtres gallo-romains antiques, disent-ils. C'est peut-être la raison pour laquelle certaines de ces mégastructures, comme les amphithéâtres, sont restées pour la plupart intactes à travers les siècles.

C'est une idée intéressante qui pourrait avoir des implications importantes pour la conception des futurs bâtiments et l'étude des bâtiments anciens.

Réf : arxiv.org/abs/1904.05323 : Rôle de la nanophotonique dans la naissance des mégastructures sismiques

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