Journée de lancement

Les récentes avancées en physique de la matière condensée ouvrent des nouvelles perspectives dans l'ingénierie des bandes et la manipulation des ondes.
Plus précisément, la remise en question des concepts de réciprocité, et l’utilisation de la rupture des symétries spatiales peuvent perturber la manière dont les métamatériaux mécaniques et acoustiques sont conçus et utilisés, offrant ainsi la possibilité de fonctionnalités entièrement nouvelles. La propagation topologiquement protégée des ondes aura des implications profondes sur la transmission des informations dans les matériaux, ainsi que sur la manière dont l'énergie peut être guidée et dirigée, permettant ainsi un contrôle ou une atténuation des effets.
La présentation introduira les concepts de base sur l’analyse de la dispersion et de sa topologie.
Nous illustrons spécifiquement des configurations de réseaux 1D et 2D dimérisés par des paramétrisations qui rompent systématiquement les symétries spatiales, et qui forment les bases de l’ouverture de bandes interdites non triviales et de l’introduction d’interfaces supportant des modes topologiques.
Ces concepts sont appliqués dans le contexte des surfaces minimales périodiques, offrant ainsi une plateforme pour de nouveaux métamatériaux mécaniques et acoustiques.
L'existence des modes de bord dans ces matériaux est démontrée à travers des tests de vibration et de propagation d'ondes effectués sur des surfaces minimales fabriquées de manière additive. Ces tests mettent en évidence le confinement des états de bord topologiquement protégés et la présence de modes de surface dans des matériaux acoustiques.
Ces études soutiennent la vision des surfaces minimales comme un cadre général où des modulations géométriques et des symétries peuvent être introduites pour obtenir de nouvelles et inhabituelles fonctionnalités mécaniques et acoustiques.

Nous présenterons une analyse théorique et numérique de la diffraction d’ondes acoustiques par des réseaux rigides modulés en espace et en temps [1]. L'analyse numérique s’appuie sur une méthode multimodale et est rendue possible en explicitant la forme des modes qui sont des solutions exactes, non couplées, du problème dans les différentes régions, à l'intérieur et à l'extérieur du réseau. La dispersion des modes est étudiée en fonction du rapport entre la vitesse de modulation et la vitesse du son, ce qui montre que chaque ordre de diffraction spatial est associé à un ordre de diffraction temporel. Pour un réseau d'extension finie, la solution est obtenue comme une superposition de ces modes, qui se couplent aux interfaces du réseau. Pour un seul ordre de diffraction (condition fixée par la combinaison d'un régime de basse fréquence et d'une faible vitesse de modulation), un modèle homogénéisé est proposé qui fournit une interprétation physique des propriétés de diffusion du réseau [2].

[1] K. Pham, A. Maurel, Diffraction grating with space-time modulation Journal of Computational Physics, 469 111528 (2022).
[2] K. Pham, A. Maurel, How space-time modulations modify spoof surface plasmons and scattering properties in acoustic metagratings, Phys. Rev. B, 108(2): 024303 (2023)

Origami tessellations are curved two-dimensional discrete shells folded out of a periodic crease pattern. Unlike solid shells, Origami tessellations can morph and access a space of configurations each characterized by the list of folding angles of all creases. Due to inextensibility constraints imposed by Origami kinematics, not all combinations of folding angles are admissible and so the space of admissible configurations, is a priori unknown. In this talk, we present a model of Origami tessellations as continuum, rather than discrete, elastic shells. Most importantly, we suggest an asymptotic theory that translates the local constraints imposed on folding angles into global constraints weighing on the effective elongations and curvatures of the tessellation. Thus, the theory provides a characterization of the space of kinematically admissible configurations as the set of solutions to a system of nonlinear PDEs. Furthermore, the elastic strain energy required by each configuration is calculated. In conclusion, the elastostatic equilibrium of the tessellation is formulated as a constrained continuous energy minimization problem.

The theory is exemplified in the case of the Miura tessellation. Various finite deformation modes are successfully predicted and constructed numerically under suitable boundary conditions. Notwithstanding the costs of higher analytical complexity and lower accuracy, the suggested theory offers a deeper physical insight into the configuration space of Origami tessellations while significantly reducing calculation time. This compromise should therefore prove beneficial in time-sensitive applications, as for instance is the case when real-time control of Origami tessellations is desired.

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L’essor de la fabrication additive permet depuis quelques années maintenant de réaliser des pièces et composants métalliques partiellement ou totalement architecturés. Si les structures de type treillis ont dominé dans un premier temps les études et travaux réalisés, au fil des années, de nouvelles architectures ont été introduites.
De même, ces structures souvent caractérisées sous sollicitations quasi-statiques le sont aujourd’hui sous des sollicitations beaucoup plus variées, voire extrêmes, non sans quelques difficultés.
Après une courte introduction sur les procédés couramment utilisés en fabrication additive métallique, l’exposé tentera de dresser un état de l’art du domaine en insistant sur les conséquences de ces modes de fabrication sur les variabilités géométriques et microstructurales obtenus ainsi que sur les difficultés de caractérisation et de modélisation de ces structures complexes.
Au-delà de la littérature, il s’appuiera sur différentes contributions des acteurs du GIS Head (Hautes Energies en Fabrication Additive), en particulier dans le domaine de la fatigue, qui illustrent bien les nouvelles perspectives offertes par ces milieux architecturés mais également les points d’attention en terme de fabrication, caractérisation et simulation numérique.

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In this talk, I will report a class of flat (or quasi-flat) acoustic lenses with sub-wavelength thicknesses, engineered from soft porous silicone rubbers, for broadband 3D wavefront shaping. The functionalities of these soft gradient-index (or high-index) metasurfaces will be illustrated through various underwater experiments performed at ultrasonic frequencies, thus demonstrating acoustic focusing and vortex beam generation. I will also show you how to make these ultrasonic devices reconfigurable.

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Le contrôle des ondes mécaniques par des métamatériaux atteint progressivement des niveaux de complexité et de finesse impressionnants, en particulier pour les ondes linéaires et les concepts associés aux matériaux topologiques, hyperboliques, apériodiques, actifs ou encore modulés dans le temps...
En contrepartie, le contrôle des ondes non linéaires par des métamatériaux, ainsi que les processus d’ondes associés, sont relativement moins étudiés et donc moins développés. Cela s’explique en partie par la difficulté à concevoir et contrôler les propriétés non linéaires des métamatériaux. Cependant, comme cela s’est produit dans d’autres domaines par le passé, il est attendu une grande richesse des effets non linéaires observables ou contrôlables, et parfois leur caractère incontournable, par exemple aux grandes amplitudes.

Dans cette présentation, je vais parler d’une plate-forme intéressante pour étudier les processus qui mènent in fine au contrôle des ondes mécaniques non linéaires : les métamatériaux mécaniques flexibles désignent une classe de structures architecturées qui peuvent se déformer fortement, de manière élastique, et ainsi exhiber des effets non linéaires géométriques, donc contrôlables et stables. Après une brève revue de ces structures, je passerai à la méthodologie que nous avons utilisée pour les modéliser ainsi qu’à des exemples d’effets non linéaires observés expérimentalement. Dans un second temps, je présenterai des résultats récents sur le design et l’optimisation de ces structures, au-delà d’arrangements périodiques ou basés sur des concepts maitrisés, qui font appel à des outils numériques développés pour l’apprentissage profond. Je discuterai dans ce contexte quelques exemples de contrôle d’ondes non linéaires confirmés expérimentalement.

The structuring of optical materials using the mathematical framework of topology has revolutionised the implementation of photonic crystals for efficient transport of light in a chip. Among the possible applications, topological metamaterials can be employed to fabricate optical waveguides with sharp bends and negligible backscattering in extremely reduced footprints. Topological lasers with large gain areas and topological frequency combs provide interesting routes to unveil novel nonlinear behaviour.

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Les matériaux à fonction acoustique jouent un rôle clé pour la maîtrise et l’amélioration des performances acoustiques de systèmes navals. De tels matériaux sont principalement utilisés en tant que revêtements acoustiques externes d’une coque pour améliorer la discrétion et furtivité de systèmes sous-marins (sous-marin, drone, etc.) ou installés en environnement d’antennes SONAR  pour améliorer leur performance en détection.
Dans cette présentation, Naval Group se focalisera sur les notions de discrétion et furtivité acoustique de systèmes sous-marins face aux menaces adverses, ainsi que les différentes technologies de revêtements existantes pour améliorer ses performances acoustiques. Quelques concepts de métamatériaux seront présentés. 
Avec l’évolution des menaces actuelles et la multiplication d’acteurs sous-marins (tels que les drones), de nouveaux défis émergent dans le domaine des matériaux acoustiques, résultant en une nécessité de faire évoluer les outils de prédiction des performances acoustiques, l’amélioration et la fiabilisation des moyens de caractérisation et de concevoir des solutions innovantes et souveraines face à ces menaces qui couvrent une gamme de fréquences de plus en plus large.

Les métamatériaux sont d'un grand sujet d'intérêt depuis plusieurs années et le nombre de publications sur le sujet augmente de manière exponentielle. La définition de « métamatériaux » diffère souvent d'un auteur à l'autre et les lecteurs sont souvent perdus dans les concepts utilisés.
Notre position à l'interface entre les travaux académiques et les besoins des industriels nous amène à régulièrement devoir vulgariser ces travaux et indiquer s'il s'agit d'un nouveau concept « révolutionnaire » ou une combinaison astucieuse de concepts existants.
L'objectif de cette présentation est de tenter de classifier les phénomènes non-conventionnels utilisés dans les métamatériaux afin de clarifier les concepts utilisés.
Ces concepts peuvent être vu comme une boîte à outils pour les acousticiens afin d'aider au design de solutions innovantes. Cette classification a pour but d'aider à identifier ces concepts en facilitant la lecture des travaux publiés.