TPE Métamatériaux

TPE : Les métamatériaux

La science et la technologie ont une soif importante de matériaux meilleurs et plus performants qui peuvent aller à la limite du possible. Dans le domaine des ondes comme électromagnétiques acoustiques etc.., un dernier venu fait beaucoup parler de lui, le métamatériau. Nous allons à présent voir qu'est que les métamatériaux, quelles sont leurs utilités dans notre quotidien et comment les faisons nous évoluer ?

DÉFINITION :

Le terme métamatériau apparu en 1 999 est composé du préfixe "méta" signifiant niveau supérieur et du radical matériau. Cela désigne un matériau composite artificiel, donc créé par l'Homme, qui possède certaines propriétés que l’on ne retrouve pas chez un matériau naturel. Il est conçu spécialement pour pouvoir manipuler les ondes. Il peut être appliqué dans tous les domaines de la physique faisant intervenir les ondes.

Tout d'abord, pour comprendre comment cela fonctionne il faut savoir qu'est- ce qu'une onde. La façon la plus simple de définir une onde est de la qualifier de vibration, ondulation ou perturbation qui se propage. Cette vibration se déplace à une vitesse propre dépendant du milieu dans lequel elle se trouve, elle modifie les propriétés de ce milieu lors de son passage. La propagation de l'onde est donc son évolution et sa progression. Elle transporte de l'énergie et non de la matière. Il existe trois principaux types d’ondes : mécanique, électromagnétique et gravitationnelle.

Les ondes mécaniques se propagent dans un milieu matériel, c'est à dire gaz, liquide ou solide et donc non le vide. L'onde mécanique peut se propager de manière transversale, c'est à dire perpendiculaire à la perturbation initiale ainsi que de manière longitudinale, avec une direction parallèle à celle de la perturbation initiale.

Les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide ou l'air avec une vitesse proche de celle de la lumière. Elles correspondent aux oscillations d'un champ électrique ou d'un champ magnétique. Elles transportent de l'énergie mais aussi parfois des informations.

Pour finir, les ondes gravitationnelles sont les oscillations de la courbure de l'espace-temps qui se propagent à la vitesse de la lumière dans le vide. Ce type d'onde ne nous intéresse pas pour notre TPE.

L'HISTOIRE DES METAMATERIAUX :

Tout commence en 1968 lorsque Veselago émet la théorie qu'un matériau peut être doublement négatif au niveau de la perméabilité et de la permittivité, on les nomme les milieux "main gauche". Tous les travaux de Veselago sont passés presque inaperçus jusqu'à la fin des années 1990 où les premiers métamatériaux ont été fabriqués. En 1999 Pendry montre donc que cette théorie est possible grâce à des structures périodiques composés d'anneaux et de fils métalliques nommés "split-ring resonators". Puis en 2000 Smith prouve qu'il est possible de réellement fabriquer ce type de matériaux et en 2001 il valide expérimentalement la réfraction négative. Ensuite Pendry esquisse la lentille parfaite en 2002 que nous aborderons par la suite. En 2005, il y a l'approche de la ligne de transmission par Caloz et Itoh. Une ligne de transmission est un ensemble de deux ou plusieurs conducteurs acheminant un signal électrique d'une source vers un récepteur. On utilisera enfin les métamatériaux dans la vie quotidienne à partir de 2006. La même année, Pendry et Ulf Leonhardt proposent la réalisation d'une cape d'invisibilité. Actuellement, les chercheurs et scientifiques imaginent déjà un monde futur.

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