Des scientifiques parviennent à générer des ondes sonores qui se déplacent dans une seule direction

Des chercheurs suisses ont récemment développé une technologie permettant de contrôler la propagation des ondes sonores. Ce dispositif, qui pourrait révolutionner le domaine des télécommunications et d’autres technologies, permet aux ondes sonores de se déplacer uniquement dans une seule direction. Ce concept, élaboré par des équipes de l’ETH Zurich et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, ouvre la voie à une meilleure gestion des ondes, qu’elles soient sonores ou électromagnétiques. Les résultats de l’étude sont publiés dans la revue Nature Communications.

Le principe du dispositif

L’idée derrière ce nouveau dispositif est assez simple, mais son application est remarquable. On peut imaginer un cercle avec trois personnes disposées de telle sorte que lorsque l’une d’entre elles parle, seule l’une des autres peut l’entendre. Cette configuration est analogue au fonctionnement de l’appareil mis au point par les scientifiques, qui garantit que les ondes sonores ne circulent que dans une direction prédéfinie.

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Le dispositif est constitué d’une cavité en forme de disque, dotée de trois ports également espacés, chacun pouvant transmettre ou recevoir des ondes sonores. Lorsque l’appareil est éteint, une onde sonore émise par le premier port est reçue par les deux autres ports à volume égal, tandis qu’une partie de l’onde sonore revient sous forme d’écho vers le port d’origine. 

Cependant, une fois activé, le système ne permet à l’onde sonore de parvenir qu’au deuxième port, éliminant toute transmission vers le troisième. Cette capacité de diriger le son est rendue possible par un flux d’air tourbillonnant contrôlé au sein de la cavité. Ce flux synchronise les oscillations des ondes sonores selon un schéma précis, un peu comme un rond-point où les ondes sonores seraient guidées uniquement vers une sortie spécifique.

Un renforcement des ondes sonores

En plus de restreindre la direction de propagation des ondes, le dispositif permet également de les amplifier au lieu de les laisser se dissiper. Grâce à la vitesse et à l’intensité spécifiques du flux d’air dans la cavité, les oscillations des ondes sonores gagnent en énergie au lieu d’en perdre. Cela signifie que les ondes parviennent à destination sans affaiblissement, voire avec une intensité accrue. 

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Ce phénomène, qui semble contredire les principes habituels de dissipation d’énergie, a été démontré lors de tests avec des ondes sonores d’une fréquence d’environ 800 Hz. Les résultats ont montré que les ondes arrivant au deuxième port étaient non seulement intactes, mais même amplifiées par rapport à leur niveau d’émission initial. Aucune onde n’a été perçue au troisième port, prouvant ainsi que l’appareil fonctionne comme prévu.

Cette avancée technologique trouve son origine dans des recherches antérieures sur la réduction des oscillations sonores. En effet, des oscillations non contrôlées peuvent endommager des systèmes comme les moteurs d’avion, mais les chercheurs ont réussi à exploiter ces oscillations à des fins positives, en les utilisant pour renforcer les ondes sonores et les guider de manière contrôlée.

Des perspectives prometteuses dans la manipulation des ondes

Les ondes sonores, comme les ondes électromagnétiques, ont habituellement une nature réciproque : elles peuvent se déplacer dans les deux sens avec la même facilité. Si deux personnes dans une pièce parlent sans obstacle, elles s’entendront mutuellement car les ondes sonores circulent librement dans les deux directions. Cependant, dans certains contextes, il peut être plus avantageux de limiter cette réciprocité. Par exemple, lorsqu’il s’agit de réduire le bruit indésirable ou de concentrer une communication sur un seul récepteur, un tel dispositif s’avère précieux.

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Ce n’est pas la première fois que des scientifiques tentent de rendre le son non réciproque. En 2014, des chercheurs de l’université du Texas à Austin avaient développé un « circulateur acoustique » utilisant de petits ventilateurs pour souffler de l’air à travers un anneau résonant, permettant ainsi de diriger les ondes sonores vers un port spécifique. Cependant, cette méthode souffrait d’une limitation majeure : les ondes sonores perdaient de l’énergie en cours de route. Le nouveau dispositif mis au point par l’équipe de l’ETH Zurich parvient à surmonter cette contrainte en empêchant la dissipation des ondes et en les renforçant.

Le principe utilisé pour les ondes sonores pourrait, selon les chercheurs, être appliqué à des technologies comme les radars ou les systèmes de communication sans fil. La possibilité de guider les ondes de manière unidirectionnelle et sans perte d’énergie serait un atout majeur pour améliorer la performance de ces systèmes. Le chercheur principal, Nicolas Noiray, souligne que cette avancée pourrait également permettre de concevoir de nouveaux métamatériaux, capables de manipuler à la fois les ondes sonores et électromagnétiques.

Par ailleurs, après 50 ans, l’effet Zel’dovich a été expérimentalement prouvé avec des ondes électromagnétiques.

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