La propagation des ondes élastiques dans les composites
La science des matériaux a considérablement progressé au cours des 25 dernières années, en grande partie grâce aux avancées dans les nanotechnologies, la mécanique quantique et les techniques expérimentales de caractérisation. Pour concevoir de nouveaux dispositifs, il est essentiel de bien comprendre les propriétés des matériaux. Les chercheurs du projet DYNA META 11 (Controlling elastic waves: structured media and metamaterials in the mechanics of solids and structures), soutenu par l'UE, se sont intéressés à la propagation des ondes acoustiques dans les matériaux structurés. Les scientifiques ont conçu et modélisé plusieurs structures de ce type, fortement hétérogènes (à contraste élevé). Les structures périodiques à contraste élevé peuvent présenter des bandes de rejet, qui interdisent la propagation de certaines fréquences. L'un des systèmes étudiés se composait d'un méta-matériau élastique localement résonant, doté d'une réfraction négative de la trajectoire de l'onde. Il pourrait servir à fabriquer des dispositifs de filtrage (passe-bande ou coupe-bande de certaines fréquences), de réflexion ou de focalisation. Les chercheurs ont continué en concevant un modèle de l'onde de flexion transmise via une structure périodique hétérogène, et utilisable avec des ponts réels. Ils ont aussi étudié la propagation d'une amorce de fissure dans la structure d'un réseau thermoélastique, ce qui est important pour l'évaluation de la sûreté et de la fiabilité dans le secteur du nucléaire. Le projet DYNA META 11 s'est aussi intéressé aux capes d'invisibilité basées sur des transformations géométriques qui tiennent compte des ondes acoustiques ou élastiques hors du plan. Les scientifiques ont ainsi produit des théories de transformation pour évaluer la qualité des capes ainsi que les déformations par flexion dans les plaques minces. Ces dernières ont montré que, contrairement aux travaux précédents, il est possible de réaliser une cape d'invisibilité pour de tels systèmes, avec d'importantes simplifications. Enfin, l'équipe a étudié la conception optimale de structures minces d'ingénierie. Dans un cas, les scientifiques ont utilisé leurs algorithmes mathématiques pour faciliter le filtrage et la polarisation, obtenant un filtre passe-bas des ondes élastiques indésirables. L'algorithme a prévu de manière simple et très exacte la vitesse de propagation du défaut conduisant à l'effondrement en mai 2013 du pont de San Saba au Texas, suite à un incendie. Le projet DYNA META 11 a produit d'importantes descriptions mathématiques de la propagation des ondes élastiques dans les matériaux structurés, y compris pour des méta-matériaux comme les capes d'invisibilité. Ses simulations numériques exactes ont apporté des informations sur des problèmes concrets, et amélioré la compréhension de la réfraction négative.
Mots‑clés
Onde élastique, propagation, composite, périodique, contraste élevé, méta-matériau, pont, cape
