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Un « méta-matériau » pour filtrer les ondes sismiques destructrices

Une équipe de physiciens, dirigée par le professeur Sheng Ping de la Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), a mis au point un remarquable matériau composite solide qui possède la propriété de propager les ondes à la manière d’un fluide.

Ce méta-matériau, nom donné aux matériaux composites artificiels qui possèdent des propriétés que l’on ne retrouve pas dans la nature, a été formé à partir de trois matériaux solides : des cylindres d’acier recouverts de silicone, le tout incrusté dans un bloc d’époxy.

Aux deux extrémités, le cylindre d’acier fonctionne comme un ressort. Cette construction permet de parer au phénomène de résonance anisotrope : ce méta-matériau ne permet que la propagation d’ondes longitudinales (la déformation du milieu se fait dans le même sens que la direction de l’onde), il empêche donc la propagation d’ondes transversales (qui entraînent, elles, une déformation du milieu dans lequel elles se propagent perpendiculairement à leur direction de propagation).

Expérimentalement, l’équipe du professeur Sheng Ping a comparé l’effet du méta-matériau en plaçant des billes de verre sur deux plateaux métalliques : l’un des plateaux est placé au sommet d’un empilement vertical de 6 unités du méta-matériau (appelées "méta-tiges" par l’équipe), l’autre plateau est placé sous la pile de méta-matériaux. Le tout disposé sur un agitateur électromagnétique générant des vibrations transversales. Lorsque celui-ci est actionné, les billes placées sur le plateau reposant sur la pile de méta-matériaux restent en place, les billes de l’autre plateau se sont mises en mouvement et éjectées du plateau. La pile de méta-matériaux a donc permis de « filtrer » les ondes transversales produites par l’agitateur et ainsi d’atténuer les vibrations transmises au plateau.

Pour le professeur Sheng, « cette structure particulière fait reculer la frontière entre solide et fluide en termes de propriété ondulatoires, et ouvre de nouvelles perspectives quant aux caractéristiques des solides élastiques. Le concept, novateur, donne naissance à de nouvelles possibilités pour contrôler les phénomènes de vibration, et pourrait même être appliqué à l’imagerie médicale ».

Les séismes font partie des catastrophes naturelles les plus dévastatrices et meurtrières. Les techniques de conception et les matériaux utilisés pour la construction de bâtiments dans des zones à risque sont primordiaux pour minimiser les dommages causés par des ondes sismiques.

« Ce méta-matériau de pointe est un solide capable de résister aux tremblements de terre, il est peu encombrant et peut facilement être intégré à des piliers ou des poutres. Il permet également une grande flexibilité en ce qui concerne le design architectural. Enfin, il peut aussi être ajusté sur des structures déjà existantes pour améliorer leur résistance sismique » ajoute le professeur Sheng.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

HKUST

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