Métasurfaces acoustiques programmables // programmable acoustic metasurfaces

Topic description

Au cours des dernières décennies, la manipulation des ondes acoustiques pour la génération de champs d'ondes tridimensionnels contrôlés a suscité un intérêt croissant pour des applications telles que l'imagerie médicale par ultrasons, le contrôle non destructif et la manipulation cellulaire. Malgré leur efficacité, les approches conventionnelles de contrôle des ondes, telles que les réseaux de transducteurs à commande de phase (phased arrays), présentent des inconvénients majeurs, notamment un coût élevé, une complexité électronique importante et des défis de fabrication. Ces limitations ont restreint la mise à l'échelle et l'adoption plus large de ces technologies.
Dans ce contexte, les métasurfaces acoustiques programmables représentent une alternative véritablement transformative aux technologies existantes. Les métasurfaces classiques ont suscité un vif intérêt grâce à leur capacité à contrôler les ondes à des échelles sous-longueur d'onde, permettant des phénomènes tels que l'absorption sonore, la modulation de phase et le contrôle d'amplitude. Cependant, la plupart des applications actuelles ne fonctionnent qu'à des fréquences uniques avec des géométries fixes.
Ce projet de doctorat propose la conception, la réalisation et la caractérisation de métasurfaces programmables permettant un contrôle complet et dynamique des fronts d'onde acoustiques. En manipulant la géométrie physique ou les propriétés matérielles des cellules unitaires via des mécanismes d'activation électromécaniques, thermomécaniques ou autres, ce projet de recherche vise à combler le fossé entre les métamatériaux statiques et les réseaux actifs complexes. Notre objectif ambitieux est de développer des solutions technologiques et d'explorer les principes physiques fondamentaux du contrôle actif des ondes acoustiques, en repoussant les limites de ce qui est possible avec de telles métasurfaces.
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In recent decades, the manipulation of acoustic waves to generate controlled three-dimensional wave fields has attracted increasing attention for applications such as medical ultrasound imaging, non-destructive testing, and cell manipulation. Despite their effectiveness, conventional wave-control approaches, such as the gold standard of phased-array transducers, suffer from significant drawbacks, including high cost, electronic complexity, and manufacturing challenges. These limitations have restricted the scalability and broader adoption of such technologies.
In this context, programmable acoustic metasurfaces represent a transformative alternative to existing technologies. Classical metasurfaces have generated high interest thanks to their ability to control waves at deep subwavelength scales, enabling phenomena such as absorption, phase modulation, and amplitude control. However, most existing applications operate only at single frequencies with fixed geometries.
This PhD project proposes the design, realization, and characterization of programmable metasurfaces that allow for the full, dynamic control of acoustic wavefronts. By manipulating the physical geometry or material properties of the unit cells via electromechanical, thermomechanical, or other activation phenomena, this research aims to bridge the gap between static metamaterials and complex active arrays. Our ambitious objective is to develop the requisite technology and explore the fundamental physical principles of active wave control, pushing the boundaries of what is possible with such metasurfaces.
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Début de la thèse : 01/10/

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Enseignement supérieur