Un groupe de chercheurs de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M), en collaboration avec des scientifiques chinois de l'Université de Nanjing (NJU), ont conçu un nouveau type d'isolation acoustique qui permet de concentrer les ondes sonores dans les coins. Cet axe de recherche pourrait avoir des applications dans les technologies des ultrasons industriels ou dans l'amélioration de certains tests de diagnostic médical comme les ultrasons.

La recherche s'inscrit dans le domaine d'étude de la physique de la matière condensée, plus précisement, le domaine des matériaux topologiques, qui sont solides et qui se comportent comme des isolants électriques en leur intérieur tout en permettant une conduction électrique en surface. Une autre caractéristique qui rend ces matériaux intéressants est qu'ils sont "topologiquement protégés, " C'est, un signal reste robuste et insensible à la présence d'impuretés et de défauts du matériau. Plusieurs projets de recherche récents ont montré que les isolants topologiques d'ordre supérieur peuvent concentrer l'énergie dans les coins. Ce que les scientifiques de l'UC3M et du NJU ont fait, c'est de "traduire" ce phénomène, ce qui est bien connu dans la théorie de la physique quantique, à l'acoustique classique afin de pouvoir concentrer l'énergie acoustique dans les coins. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Lettres d'examen physique .

Pour expliquer le processus intuitivement, les chercheurs prennent comme exemple la sculpture "Organo" (Orgue) d'Eusebio Sempere. Situé dans les jardins de la Fundación Juan March à Madrid (voir image), cette sculpture est composée de barres creuses en aluminium qui sont séparées les unes des autres de quelques centimètres et placées dans un treillis carré. En 1995, Des scientifiques espagnols ont montré que la sculpture était capable d'atténuer le son.

En utilisant cette idée comme point de départ, plusieurs études ont été menées dans lesquelles, en combinant deux cristaux de topologies différentes, le son ne pouvait être transporté que par l'interface entre les deux. "Dans ce cas, nous avons fait un pas de plus. La structure d'étude est formée de deux cristaux soniques de topologie différente placés concentriquement. Cette nouvelle configuration signifie que le son ne peut pas être transmis à travers toute la structure, mais plutôt il est concentré dans les coins entre les deux cristaux. L'intensité du son dans chacun de ces coins dépendra des propriétés physiques prises en compte, " explique l'un des auteurs de l'étude, Johan Christensen, du Département de Physique de l'UC3M.

Ces prédictions théoriques ont également été validées expérimentalement dans un article publié dans le dernier numéro de la revue Matériaux avancés . « Au-delà de son importance académique, nous prévoyons que les résultats obtenus pourraient être utilisés pour focaliser l'énergie acoustique, " ajoute un autre des auteurs, Maria Rosendo Lopez, un chercheur du projet PHONOMETA à l'UC3M. Les applications potentielles incluent le développement de nouveaux guides d'ondes, C'est, structures physiques utilisées pour guider les ondes sonores. "Nous pouvons y parvenir sans avoir besoin d'un canal physique, mais plutôt simplement par la topologie du système d'étude. Ce cas de transport sonore est pertinent pour les applications de filtrage et de conduite. Contrairement aux systèmes passifs traditionnels, celui-ci est très robuste contre les imperfections, " dit María Rosendo López.

Une autre application potentielle est la conversion acoustique-électrique. "Comme nous sommes capables de concentrer le son dans les coins, récolter l'énergie acoustique, se concentrer dans les coins puis le convertir en énergie électrique, " ajoutent les chercheurs. Ces avancées pourraient également avoir des applications dans les technologies des ultrasons industriels ou dans l'amélioration de certains tests de diagnostic médical comme les ultrasons, par exemple.