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Métamatériau en torsion…en couverture de Science !

Muamer Kadic, enseignant-chercheur de l'Université Bourgogne Franche-Comté au sein du l’institut FEMTO-ST, est co-auteur d’un article dans la prestigieuse revue Science [1] en collaboration avec des partenaires du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en Allemagne. Leur découverte sur des métamatériaux mécaniques permettant de convertir une simple pression linéaire en un mouvement de torsion pure fait même l’objet de la couverture du journal [2].

Image Tobias Frenkel

Image Tobias Frenkel

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Les métamatériaux constituent depuis un peu plus de 10 ans un sujet de recherche intensive dans de nombreux domaines de la physique (photonique, électromagnétisme, thermique, biochimie, acoustique, mécanique, sismique…). Ces milieux composites sont artificiellement structurés, le plus souvent périodiquement, à une échelle dimensionnelle inférieure à la longueur d’onde caractéristique du phénomène à contrôler (soit typiquement de la dizaine de nanomètres à plusieurs mètres selon le domaine considéré). Leur immense attrait vient de leur capacité à conférer aux “matériaux” qu’ils constituent des propriétés inédites, voire spectaculaires, impossibles à obtenir à partir des matériaux “continus” naturels, telles que l’invisibilité optique ou sismique par exemple.
La découverte publiée dans Science repose sur des métamatériaux mécaniques dits « chiraux » : tout comme la main humaine, leurs motifs, bien qu’identiques, ne peuvent pas se superposer à leur image dans un miroir par absence de symétrie. Le métamatériau chiral conçu par Muamer Kadic et ses collègues, fabriqué grâce à une technologie innovante d’impression laser 3D de précision micrométrique, est alors capable de se tordre au lieu de se comprimer sous l’effet d’une contrainte uniaxiale (purement “rectiligne”) qui lui est appliquée. Ce comportement, totalement inédit, est proscrit par les règles usuelles de la mécanique continue dans un matériau standard. Cette nouvelle propriété de chiralité mécanique s’ajoute de surcroît à d’autres fonctionnalités propres à ce métamatériau pour lequel l’effet de taille relative est primordial [3], telles que l’allégement structurel et l’accroissement de rigidité. Protéger des objets d’ondes mécaniques indésirables pourrait en être une application potentielle.
Ces travaux ont été soutenus par le Labex ACTION et par l’ISITE Bourgogne Franche-Comté

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[1] Tobias Frenzel, Muamer Kadic & Martin Wegener, “Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist”, Science 358, 1072-1074 (2017). http://science.sciencemag.org/content/358/6366/1072
[2] http://science.sciencemag.org/content/358/6366
[3] Muamer Kadic, Tobias Frenzel & Martin Wegener, “Mechanical metamaterials: When size matters”, Nature Physics 14, 8–9 (2018)

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