En collaboration avec Cosmos Materia, le média matériau-centré.

À l’heure des réseaux ubiquitaires et de l’intelligence artificielle, nous voyons le futur du son et de l’audio se construire autour de matériaux véritablement révolutionnaires : métamatériaux acoustiques, phonons contrôlés, matériaux topologiques ou encore dispositifs de stockage acoustique à l’échelle microscopique. Ensemble, nous explorons une ingénierie des matériaux, amplifiée par la simulation numérique et les nanotechnologies, qui redessine peu à peu notre réel sonore.

Métamatériaux acoustiques

Les métamatériaux acoustiques sont des matériaux artificiels conçus pour manipuler la propagation des ondes sonores de façon inédite (cloaking, super-absorption, isolation totale). Leur concept a émergé dans les années 2000, avec des bases conceptuelles en métamatériaux depuis 1967 (travaux fondateurs de Victor Veselago) et des réalisations concrètes entre 1990 et 2000 (des travaux de John Pendry). Ces matériaux exploitent des motifs périodiques sur des échelles inférieures à la longueur d’onde concernée , utilisant le plus souvent polymères avancés, alliages exotiques et composites flexibles. Ces structures ouvrent la voie à des enceintes à directivité extrême, à l’insonorisation parfaite ou à l’absorption passive ultra-performante.

Phonons, stockage acoustique et matériaux topologiques

La gestion des phonons (quanta de vibrations mécaniques) concept formalisé dans les années 1930, concerne la compréhension des vibrations quantifiées des phonons dans les matériaux, influençant la propagation de la chaleur et du son au niveau microscopique. Dans le monde du son, cette maîtrise a permis de guider, de retenir ou de dissiper le son à l’échelle micro ou nanométrique : guides d’ondes phononiques (dispositif qui oriente le sens et la direction des ondes acoustiques), cristaux phononiques (métamatériau, cristal qui modifie la propagation des ondes acoustiques), systèmes de mémoire acoustique pour la photonique ou la conversion signal optique/sonore.

Afin de vous donner plus de contexte, un phonon est une quasi-particule qui représente la vibration collective des atomes dans un matériau. Lorsque les atomes d’un solide oscillent autour de leur position d’équilibre, ces vibrations se propagent sous forme d’ondes. Le phonon est la quantification de ces ondes vibratoires : il correspond à un « paquet » d’énergie vibratoire, de la même manière qu’un photon est un paquet d’énergie lumineuse.

Les matériaux topologiques sont des matériaux dont les propriétés électroniques ou mécaniques sont dictées par des caractéristiques topologiques robustes dans la structure, avec des états de surface protégés et résistants aux défauts.

Ces matériaux récemment découverts (prix Nobel 2016 : David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane, J. Michael Kosterlitz) présentent une conductivité de surface exceptionnelle pour les ondes sonores : la propagation s’effectue sans perte même en présence de défauts structuraux, rendant possible des circuits audio à la fois ultra-robustes et miniaturisés.

Applications et perspectives

L’intégration des métamatériaux acoustiques, matériaux topologiques et avancées en gestion des phonons ouvre des perspectives pour :

• Des dispositifs audio et radiocompact très performants, à faible perte et avec une excellente isolation.
• Des fonctions avancées comme le filtrage dynamique, la propagation dirigée et stable ou encore la réduction des parasites.
• La miniaturisation et l’efficacité énergétique accrue des équipements audio et radio, avec des signaux plus propres et fiables.

Pour des applications potentielles telles que :

• Murs et enceintes à absorption passive : polymères à microstructure, aérogel, composites poreux.
• Guidage du son : guides d’ondes phononiques, isolation vibratoire totale.
• Stockage acoustique : dispositifs piézoélectriques avancés, mémoires phononiques.
• Dispositifs topologiques : réseaux cristallins, couches minces multifonctionnelles.

Conclusion

Autant de futurs possibles pour des technologies, à la frontière d’une multitude de thématiques, où les matériaux réinventent la conception de nos instruments, appareils et interactions avec le son.

Avec la montée en puissance des métamatériaux, du stockage acoustique et de la topologie, l’ingénierie audio accélère.

Cet article conclut notre mini-série et nous vous remercions de vos lectures. Nous sommes impatients d’avoir vos retours. Que vous soyez professionnel du son, des matériaux ou grand curieux, nous avons conçu cette approche de médiation scientifique pour vous accompagner dans le développement de nouvelles compétences à l’interface de ces deux mondes. Nous sommes conscients que le contenu que nous avons abordé a pu être dense, mais également incomplet.

Donnez nous votre avis la mini-série « Au rythme du son et des matériaux », co-imaginée et co-confectionnée par Radio France et Cosmos Materia ici.

Nous espérons que ce voyage temporel en notre compagnie vous aura permis de comprendre comment les découvertes en science des matériaux ont conduit à des avancées technologiques qui révolutionnent et révolutionneront toujours, notre perception, nos référentiels et nos émotions face à l’univers du son et de la radio. 

Au rythme des sons et des matériaux

Retour sur l’histoire des sons et des matériaux : une collaboration inédite pour vous offrir une entrée dans l’univers de la radio et de l’audio, à la fois scientifique, sensible et ouverte sur la matière et les matériaux. Cette mini-série est conçue dans le cadre du programme Sandbox Radio France, en collaboration avec la Direction du Numérique et Stratégies d’innovation (DNSI) de Radio France, ainsi que le média Cosmos Materia.

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