Dompter les vagues par résonance

Dans un article récemment paru dans la prestigieuse revue Physical Review Letters, une équipe de chercheurs comprenant Kim Pham, enseignant-chercheur d’ENSTA Paris, vient de démontrer expérimentalement la possibilité d’absorber parfaitement les vagues. Une percée qui ouvre de nombreuses perspectives en matière de protection des installations portuaires et des voies navigables.

Cette publication s’inscrit dans le cadre des recherches que Kim Pham (LMI, UME, ENSTA Paris, Institut Polytechnique de Paris) mène depuis 7 ans sur les métamatériaux, matériaux composites structurés qui parviennent à dévier des ondes ou à les absorber.

« L’article que nous venons de faire paraître dans Physical Review Letters s’appuie sur une étude théorique que j’ai publiée l’année dernière avec Agnès Maurel (Institut Langevin, ESPCI Paris, Université PSL, CNRS) et Richard Porter (School of Mathematics, University Walk, University of Bristol) » précise Kim Pham.

Kim Pham titulaire de la 1e HDR délivrée dans le cadre d’IP Paris
Kim Pham, enseignant-chercheur de l'Unité de mécanique de l'ENSTA Paris, et titulaire de la 1e HDR délivrée dans le cadre d’IP Paris

Cette étude portait sur un guide d’ondes, par exemple un canal à houle, connecté à des résonateurs latéraux, sortes d’allées perpendiculaires au canal. L’étude démontrait entre autres choses qu’il était possible, en faisant varier les paramètres de largeur et de profondeur des allées, de créer une résonance dipolaire annulant la réflexion et la transmission de l’onde incidente, aboutissant à son absorption parfaite.

Dompter les vagues par résonance
Mesure expérimentale du champ d'ondes en cas d'absorption parfaite des ondes. Crédit : Léo-Paul Euvé (groupe MOndeS, ESPCI)

Restait à démontrer expérimentalement cette possibilité. C’est chose faite avec cette nouvelle publication intégrant les expérimentations menées par Léo-Paul Euvé dans le groupe MOndeS (PMMH, ESPCI Paris, Université PSL, CNRS)

« Le grand avantage de ce dispositif, c’est sa simplicité » se réjouit Kim Pham. « Il suffit d’analyser les longueurs d’onde qui peuvent poser problème sur un bassin ou un canal donné, et de créer à partir de là les résonateurs adaptés, les allées perpendiculaires qui permettent de tuer l’onde incidente. »

Dompter les vagues grâce à un dipole résonateur
Photo de l'expérience en laboratoire, au cours de laquelle des franges sont projetées sur la surface de l'eau pour mesurer l'amplitude des vagues. Crédit : Léo-Paul Euvé (groupe MOndeS, ESPCI)

Si le spectre de fréquences dont il faut tenir compte s’avère complexe, la solution consiste à placer plusieurs dipôles sur le côté afin d’annuler différentes séries d’ondes. Les applications potentielles sont innombrables, qu’il s’agisse de protéger les berges des voies navigables contre les vagues de sillage, les ports de la houle, voire les côtes subissant l’érosion.

Dompter les vagues par résonance
Vue conceptuelle du dispositif d'absorption des vagues. Crédit : Léo-Paul Euvé (groupe MOndeS, ESPCI)

« Cette dernière application, qui pour nous mathématiciens revient à absorber une onde incidente dans un espace semi-infini, est encore une voie de recherche. Nous cherchons également à mettre au point des résonateurs les plus petits possibles afin de diminuer les coûts et de faciliter la mise en œuvre. »