La suspension de billes de silicone dans un gel aqueux © CRPP

En collaboration entre le Centre de recherche Paul Pascal (CRPP), le Laboratoire du Futur (LOF) et l'Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux (I2M), les scientifiques ont croisé formulation physico-chimique et technologie microfluidique. Résultat : un nouveau type de métamatériau 3D en phase fluide, constitué de microbilles de silicone poreux en suspension dans un gel à base d'eau.

Publiés dans la revue Nature Materials le 15 décembre 2014, leurs travaux ont abouti à un métafluide inédit : il s’agit du premier métamatériau tridimensionnel à indice négatif fonctionnant à des fréquences ultrasonores (supportant les ultrasons).

Et cette nouvelle génération de métamateriaux « souples », plus faciles à mettre en forme, se distingue par la propagation atypique de ses ondes. En effet, au sein d’un tel métafluide, la phase de l'onde (les oscillations successives) et l'énergie transportée par cette même onde se propagent en sens opposé.

Ainsi, l’énergie associée à l’onde se propage normalement de la source au récepteur, tandis que la phase de l'onde semble « reculer » en se propageant dans l'autre sens, à la manière d’un danseur pratiquant le « Moonwalk ». Ce que démontrent les scientifiques bordelais dans leur étude.

Comment l’expliquer ? Les milieux poreux, comme celui constituant les microbilles du métamatériau 3D, possèdent la propriété d'avoir des vitesses de son très faibles (quelques dizaines de mètres par seconde) par rapport à l'eau (1 500 mètres par seconde). Une propriété qu'aucun milieu naturel homogène ne possède.

Ces résultats fondamentaux laissent entrevoir de nombreuses applications, notamment dans le domaine de l’imagerie ultrasonore haute résolution comme les échographies, l'isolation sonore ou la furtivité en acoustique sous-marine (sonar). De plus, cette voie de synthèse par les techniques de physico-chimie de la matière molle permet la fabrication de matériaux fluides ou souples de formes adaptables, et ce sur des échelles potentiellement industrialisables.