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Que se passe t’il lorsqu’on fait vibrer un ruban de gel silicone ? Selon les paramètres des oscillations, des ondes de déplacement se créent dans le matériau : la propagation des ondes élastiques s’effectue selon un cône de Dirac, un phénomène plutôt observé en physique quantique pour la dynamique des électrons. En jouant sur les caractéristiques des oscillations (nature de la source, conditions aux limites), les chercheurs sont parvenus à sélectionner des ondes : stationnaires, à vitesse de phase négative ou encore seulement dans certaines directions.
Ces résultats inédits publiés dans la revue PNAS impliquent des chercheurs de l’Institut Langevin (ESPCI Paris – PSL, CNRS, Université de Paris, Sorbonne Université) et du laboratoire PMMH (ESPCI Paris-PSL – CNRS, Université de Paris, Sorbonne Université). Les matériaux mous considérés constituent de bons témoins de comportement des tissus biologiques, sur lesquels ces ondes façonnables pourraient être utilisées.
« C’est la première fois que nous observons ce phénomène de cône de Dirac dans un matériau mou », s’enthousiasme Maxime Lanoy, chercheur à l’Institut Langevin. « Nous nous sommes inspirés de la physiologie de l’oreille interne pour y parvenir ». En effet, cette dynamique est généralement associée à l’équation de Dirac, une forme simplifiée de l’équation de Schrödinger, qui régit des phénomènes quantiques en particulier au niveau de la dynamique des électrons.
Ce qui est intéressant dans cette étude, c’est que la structure du matériau importe peu, il suffit qu’il soit suffisamment mou (incompressible) pour que le système fonctionne.
L’équipe a ainsi sélectionné un gel silicone, et mesuré la propagation des ondes élastiques dans le ruban. Des simulations et un modèle viennent confirmer ces résultats.
Mieux encore, les chercheurs sont parvenus à contrôler la propagation des ondes dans le matériau, en jouant sur les paramètres du système : fréquence, nombre, position et mouvements des sources, avec des conséquences variables : ondes stationnaires, vitesses négatives (c’est à dire se propageant vers la source), ou encore guidées.
Comprendre ces phénomènes pourrait apporter des connaissances précieuses notamment pour les tissus biologiques qui sont justement des matériaux mous, souvent confrontés à des phénomènes ondulatoires (en imagerie médicale par exemple).
Publication associée : M. Lanoy, F. Lemoult, A. Eddi, C. Prada, Dirac cones and chiral selection of elastic waves in a soft strip.
https://doi.org/10.1073/pnas.2010812117
Contact chercheur : maxime.lanoy@gmail.com