1. Ondes acoustiques stationnaires :
La lévitation acoustique repose sur des ondes acoustiques stationnaires, créées par superposition d'ondes sonores réfléchies par une surface. Ces ondes forment des nœuds et des ventres de pression, créant des régions de haute et basse pression alternées.
2. Pression de rayonnement acoustique :
Les ondes sonores transportent une quantité de mouvement qui exerce une pression sur les objets. Ce phénomène est connu sous le nom de pression de rayonnement acoustique. La pression exercée par les ondes sonores est proportionnelle au carré de l'amplitude de l'onde sonore et de la densité du milieu.
3. Force de lévitation :
Lorsqu’un objet est placé dans un champ d’ondes acoustiques stationnaires, il subit des forces de pression de rayonnement acoustique provenant de toutes les directions. La force nette exercée sur l'objet est dirigée vers le nœud de pression le plus proche. Cette force neutralise la gravité, permettant à l’objet de léviter.
4. Objets en lévitation :
Les objets en lévitation acoustique doivent avoir certaines caractéristiques. Ils doivent avoir une densité inférieure à celle du milieu environnant (air) et une impédance acoustique élevée. Cela garantit un transfert efficace de l’énergie acoustique vers l’objet, améliorant ainsi l’effet de lévitation.
5. Fréquences ultrasoniques :
La lévitation acoustique utilise généralement des ondes sonores à haute fréquence, généralement dans la gamme ultrasonique (au-dessus de 20 kHz). L'utilisation de fréquences ultrasonores réduit la longueur d'onde, permettant la création de nœuds de pression plus petits et une lévitation plus précise.
6. Transducteurs et réflecteurs :
Pour générer des ondes acoustiques stationnaires, les systèmes de lévitation acoustique utilisent des transducteurs qui émettent des ondes sonores à haute fréquence. Des réflecteurs sont placés en face des transducteurs pour renvoyer les ondes sonores et créer le motif d’ondes stationnaires.
7. Chambre de lévitation :
Les expériences de lévitation acoustique sont souvent menées dans une chambre pour minimiser les perturbations externes. La chambre est généralement conçue pour avoir des propriétés d’absorption acoustique élevées afin d’éviter les réflexions indésirables.
8. Applications :
La lévitation acoustique a diverses applications dans la recherche et l’industrie, notamment :
- Traitement des matériaux sans conteneur
- Etude des propriétés des matériaux en conditions de microgravité
- Mélanger des liquides ou des poudres sans contamination
- Contrôles non destructifs des matériaux
- Recherche biomédicale
- Art et divertissement
La capacité de la lévitation acoustique à manipuler des objets sans contact physique en fait une technique précieuse dans les zones où un contrôle précis et l'absence de contamination sont cruciaux.
