Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont expérimenté des métamatériaux, matériaux artificiels conçus avec des structures internes périodiques pour leur conférer des propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux naturels. En fonction de leur géométrie interne et de leur composition, les chercheurs ont découvert qu'ils peuvent contrôler les ondes se propageant à travers certains de ces matériaux, filtrer le son ou dévier la lumière pour qu'un objet apparaisse « masqué » ou invisible, par exemple.

Ce même principe pourrait-il être appliqué au contrôle des ondes sismiques ? Lors de la réunion annuelle de l'ASS 2019, des sismologues du monde entier discuteront de la manière dont la théorie des métamatériaux pourrait être appliquée à tout, du développement de barrières déflectrices à la manipulation de la disposition des bâtiments dans une ville afin de minimiser l'impact des ondes sismiques de surface dommageables.

Lav Joshi, un doctorat étudiant et J.P. Narayan, professeur à l'Indian Institute of Technology de Roorkee, L'Inde cherche à savoir si le concept de métamatériau peut être étendu à la taille d'une ville. Ils se sont inspirés d'études antérieures dans lesquelles les chercheurs ont examiné comment des groupes d'arbres pouvaient être utilisés comme métamatériau naturel pour atténuer le potentiel dommageable des ondes de Rayleigh, qui « roulent » sur le sol en s'étendant à partir de la zone épicentrale d'un tremblement de terre.

« En empruntant des idées à ces études, nous avons commencé à travailler sur le concept de structures existantes en tant que métamatériaux ou métastructures, en combinant nos connaissances actuelles sur les effets d'interaction site-ville et la propagation des ondes sismiques, " dit Joshi.

Joshi et ses collègues ont effectué des simulations en 3D de la façon dont les ondes de Rayleigh traversent les structures de différentes hauteurs et largeurs au sein d'une ville. Ils ont découvert que les structures agissent comme des « résonateurs » qui captent l'énergie des ondes de Rayleigh.

Pour maximiser cet effet à l'échelle de la ville, Joshi a dit, "l'arrangement possible pour une ville serait que la hauteur d'un bâtiment diminue radialement vers l'intérieur, étant donné que le mode de vibration longitudinal fondamental des immeubles de grande hauteur peut coïncider avec le mode de vibration en flexion des immeubles plus courts, entraînant une réduction significative de leurs dégâts.

Autres facteurs, y compris les caractéristiques du paysage environnant comme les montagnes et les vallées, interagira également avec le modèle des bâtiments, affectant l'étendue des dommages, il ajouta.

Dans une autre présentation à la réunion, Maria Todorovska de l'Université de Tianjin en Chine présentera son travail sur la façon dont un arrangement périodique de barrières à grande échelle telles que des trous et des collines excavés pourrait agir comme un métamatériau sismique. Ses résultats de modélisation montrent que les « vallées » périodiques semblent réduire davantage les mouvements du sol que les « canyons » ou les collines plus profonds et plus étroits.

Avec plus de recherche, l'idée de modeler le paysage urbain en tant que métamatériau sismique pourrait aider les urbanistes et les ingénieurs sismiques lorsqu'ils construisent dans des zones où l'on s'attend à des tremblements de terre destructeurs peu profonds, disent les scientifiques.