Une avancée inattendue dans la gestion des ondes sonores a été réalisée. À l'ETH Zurich, des chercheurs ont trouvé une manière de diriger les ondes sonores dans une seule direction.
Dans l'expérience de l'ETH, les auto-oscillations (bleu-rouge) font voyager les ondes sonores (vert, orange, violet) dans le circulateur dans une seule direction.
Crédit: Xin Zou
D'ordinaire, la lumière et les ondes sonores se propagent de manière multidirectionnelle. Cette caractéristique est utile pour la communication, mais dans certaines applications techniques, il serait préférable que les ondes ne se déplacent que dans une direction afin d'éviter les réflexions indésirables.
Il y a dix ans, des scientifiques avaient déjà réussi à stopper la propagation inverse des ondes sonores, mais cela atténuait également leur progression en avant. Aujourd'hui, l'équipe dirigée par Nicolas Noiray à l'ETH Zurich, en collaboration avec Romain Fleury de l'EPFL, a mis au point une méthode innovante pour empêcher la propagation vers l'arrèrre des ondes sonores tout en maintenant leur propagation vers l'avant.
Cette percée repose sur le concept des auto-oscillations, un phénomène où un système dynamique répète son comportement périodiquement. Nicolas Noiray, qui a passé une grande partie de sa carrière à étudier ces phénomènes, a découvert que ces oscillations pouvaient être utilisées de manière contrôlée pour permettre aux ondes sonores de se déplacer uniquement dans une direction sans perte d'énergie.
Le dispositif clé, un circulateur, fonctionne grâce à une cavité en forme de disque traversée par de l'air tourbillonnant. Lorsque l'air est soufflé à une certaine vitesse, un son de sifflement est créé dans la cavité. Ce sifflement, cependant, est généré par une onde tournante plutôt que par une onde stationnaire.
Après des années de modélisation théorique et de développement, les chercheurs ont réussi à démontrer expérimentalement que leur approche fonctionne.
Lorsque les chercheurs ont envoyé une onde sonore de 800 Hertz dans le premier guide d'ondes du dispositif (qui en compte trois), cette onde a pu se déplacer à travers le circulateur et sortir par le deuxième guide d'ondes. Cependant, cette même onde n'a pas pu continuer son chemin jusqu'au troisième guide d'ondes.
Cette découverte pourrait avoir des applications futures bien au-delà des simples ondes sonores. En effet, cette méthode pourrait être transposée aux ondes électromagnétiques, permettant ainsi d'améliorer la gestion des micro-ondes dans les systèmes radar et de développer de nouveaux circuits topologiques pour les communications.