Wan WANG : Conception de métasurfaces à piliers pour les ondes élastiques

Résumé : La manipulation des ondes élastiques joue un rôle essentiel dans l’ingénierie avancée, les systèmes micro/nanoscopiques et les technologies de l’information quantique. Les exigences croissantes en matière de miniaturisation et d’intégration remettent en question les approches de conception structurelle traditionnelles. Les métasurfaces régies par la loi de Snell généralisée, caractérisées par une épaisseur sous-longueur d’onde, offrent une solution compacte. Toutefois, une compréhension théorique limitée et l’absence de règles de conception quantitatives freinent leur développement.

Cette thèse propose un cadre unifié pour le contrôle des ondes élastiques via des métasurfaces à piliers, englobant la modulation de phase locale, le couplage non local et la structuration du champ d’ondes à l’échelle microscopique. En combinant modélisation théorique, simulations par éléments finis et validation expérimentale, elle met en évidence les mécanismes de modulation de phase complète, de focalisation sous-longueur d’onde et de régulation des ondes acoustiques de surface (SAW).

Les principales contributions comprennent: (1) le couplage modal dans les piliers permettant une modulation de phase de 2π pour les ondes de Lamb antisymétriques; (2) une analyse de la résolution sub-longueur d’onde via un modèle semi-analytique, révélant une relation linéaire avec les paramètres géométriques; (3) un algorithme génétique pour optimiser le couplage non local, atteignant une déviation angulaire de 80°; et (4) une conception de métasurfaces SAW à l’échelle micro/nano avec compensation d’anisotropie, validée par microfabrication et sondes optiques.

Ce travail propose une nouvelle stratégie de conception pour les métasurfaces élastiques, soutenant des applications en détection haute résolution, récupération d’énergie MEMS et acoustique quantique.

Composition du jury : 

Yan  PENNEC, Professeur, Institute of Electronic, Microelectronic and Nanotechnology, UMR CNRS 8520, Université de Lille, Rapporteur

Bruno MORVAN , Professeur, LOMC UMR CNRS 6294, Université Le Havre Normandie, Rapporteur

Bahram DJAFARI-ROUHANI, Professeur, Institute of Electronic, Microelectronic and Nanotechnology, UMR CNRS 8520, Université de Lille, Examinateur

Abdelkrim KHELIF, Professeur, College of Science and Engineering, Université Hamad Bin Khalifa, Qatar, Examinateur

Yong LI, Professeur, Institute of Acoustics, Tongji University, Shanghai 200092, China, Examinateur

Yabin JIN, Professeur, School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics, Tongji University, 200092 Shanghai, China, CoDirecteur de thèse

Localisation : Tongfei Building 100 Zhangwu Road Yangpu District Shanghai 200092 CHINA

salle https://orsay.bbb.cnrs.fr/b/fri-f4x-v6h-vmp and https://orsay.bbb.cnrs.fr/b/fri-iya-bbq-guh for the jury discussion