Des physiciens créent des ondes sonores unidirectionnelles

Imaginez trois personnes disposées en cercle, où chacune ne peut entendre directement qu’une autre. Des scientifiques ont créé un dispositif qui dirige les ondes sonores de cette manière, permettant à celles-ci de voyager uniquement dans une seule direction.

Développé par des chercheurs de l’ETH Zurich et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, le dispositif consiste en une cavité en forme de disque avec trois ports disposés de manière égale, capables d’envoyer et de recevoir du son. Dans son état inactif, le son provenant d’un port atteint les deux autres avec un volume égal, créant des échos. Cependant, une fois activé, le son du port 1 atteint uniquement le port 2, grâce à un flux d’air tourbillonnant dans la cavité à une vitesse spécifique. Ce flux d’air aligne les ondes sonores dans un motif unidirectionnel, les empêchant de se dissiper—comme un “rond-point” pour le son.

Les chercheurs estiment que cette approche pourrait inspirer de futures technologies dans les communications et les matériaux, pouvant potentiellement affecter le contrôle des ondes électromagnétiques également. “Ce concept de voyage contrôlé et unidirectionnel des ondes est une découverte importante qui pourrait s’appliquer à d’autres systèmes”, déclare le chercheur principal Nicolas Noiray. Normalement, les ondes sonores dans n’importe quel milieu typique sont réciproques, ce qui signifie qu’elles peuvent se déplacer également dans les deux sens. Cette nouvelle méthode brise cette symétrie, ouvrant la voie à une propagation unidirectionnelle des ondes.

Parfois, faire voyager le son dans une seule direction—comme pour la réduction du bruit—peut être très utile. En 2014, des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont développé un circulateur acoustique utilisant des ventilateurs pour faire circuler de l’air à travers un anneau résonnant. Ce dispositif dirigeait le son vers un port unique, le rendant non réciproque. Cependant, les ondes sonores perdaient de l’énergie en voyageant.

Le design du circulateur acoustique de l’ETH Zurich amplifie les ondes sonores pour une transmission unidirectionnelle.

Pour y remédier, les chercheurs de l’ETH Zurich ont conçu un circulateur acoustique qui empêche cette perte d’énergie. Ici, l’air tourbillonne dans l’anneau à partir du centre, créant des oscillations dans la cavité qui s’alignent avec les ondes sonores entrantes. Cet accord permet aux ondes de gagner en énergie, arrivant plus fortes à leur destination sans s’affaiblir.

Pour tester leur conception, l’équipe a envoyé des ondes sonores à 800 Hz à travers un guide d’onde et a mesuré la sortie à deux autres. Les ondes sont arrivées plus fortes au deuxième guide d’onde, tandis qu’aucune onde n’a atteint le troisième, réalisant à la fois un contrôle directionnel et une préservation de l’énergie.

Fait intéressant, ce concept d’augmentation d’énergie découle de recherches sur la réduction des oscillations, qui peuvent être nuisibles dans des systèmes comme les moteurs d’avion. Désormais, cette technologie pourrait faire progresser les études sur la manipulation des ondes sonores et pourrait même être appliquée aux ondes électromagnétiques pour améliorer les systèmes de radar et de communication.

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Lire l’article original sur :  Science Alert

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