Une stratégie pour réaliser l’absorption résonante efficace des ondes d’eau guidées

L'absorption des vagues d'eau est le processus par lequel les vagues d'eau perdent leur énergie, réduisant ainsi leur impact sur les rivages ou autres structures solides qui les entourent. Permettre ce processus d’absorption dans des contextes réels pourrait contribuer à protéger les côtes et les structures des dommages causés par les vagues lors de conditions météorologiques extrêmes.

Des chercheurs de Sorbonne Université CNRS, de l’Institut Polytechnique de Paris, de l’Université de Bristol, du Mans Université CNRS et de l’Université PSL CNRS tentent depuis des décennies de concevoir des stratégies efficaces pour permettre une absorption efficace des vagues. Dans un article récent publié dans Lettres d'examen physiqueils ont introduit une nouvelle stratégie prometteuse, basée sur un concept introduit par les physiciens américains Stanley Autler et Charles Townes dans les années 1950.

“Nous travaillons depuis près de 20 ans sur les problématiques liées aux vagues d'eau, et depuis une quinzaine d'années nous nous concentrons sur les problématiques spécifiquement liées à l'absorption de ces vagues pour la protection des côtes ou des ouvrages en mer”, Agnès Maurel, co-auteur de l'article, a déclaré à Phys.org. “Pour cela, nous avons développé des stratégies basées sur des mécanismes de résonance, comme c'est le cas dans cette étude.”

Dans leur article, Maurel et ses collègues ont présenté une nouvelle stratégie pour réaliser l’absorption résonante parfaite des ondes d’eau guidées, basée sur un effet de résonance connu sous le nom de division d’Autler-Townes. Il s'agit d'un effet physique se produisant dans les systèmes résonants à deux niveaux, caractérisé par une division de deux états de transition en états « doublet » plus petits séparés par ce qu'on appelle une oscillation de Rabi.

La division Autler-Townes a été réalisée et observée dans divers systèmes physiques, allant des sources radiofréquences aux lasers et atomes. Dans le cadre de leur étude, Maurel et ses collègues ont tenté d’exploiter cet effet bien établi pour contrôler la propagation des vagues d’eau guidées.

“Cette réalisation expérimentale découle d'une analyse théorique du mécanisme de résonance que nous avons publiée l'année dernière et que nous avons adaptée dans le but précis d'absorber les vagues d'eau”, a expliqué Maurel. “Léo-Paul Euvé, par son approche innovante de mise en œuvre d'expérimentations et de mesures optiques en laboratoire, a finalement réussi à démontrer l'efficacité de ce mécanisme.”

Les chercheurs ont démontré l’efficacité de leur stratégie proposée pour contrôler la propagation des vagues d’eau sur le plan théorique, dans des simulations numériques et expérimentalement. Dans leurs expériences, ils ont pu réaliser l’absorption complète des ondes d’eau guidées, en utilisant un diffuseur ponctuel asymétrique soigneusement conçu, composé de deux canaux latéraux résonants étroitement espacés connectés à un guide.

“L'efficacité de l'absorption, c'est-à-dire la suppression complète des ondes réfléchies et transmises par un dispositif sub-longueur d'onde, est le résultat qui nous semble le plus significatif”, a déclaré Maurel. “Les applications pratiques concernent bien entendu la conception de tels systèmes pour la protection des côtes et, de manière générale, pour tous les ouvrages en mer ou à proximité.”

La stratégie proposée par cette équipe de recherche pour permettre l'absorption résonante des vagues d'eau pourrait bientôt être testée plus en profondeur en laboratoire et dans le monde réel. Si son efficacité est confirmée, il pourrait à terme être utilisé dans les régions côtières, pour contrôler l'énergie avec laquelle les vagues frappent les rivages environnants et les structures construites par l'homme, limitant ainsi les dommages associés.

“Dans le contexte d'applications couvrant les mers et les océans, il est crucial de prendre en compte la nature intrinsèquement non linéaire et le large contenu spectral des vagues”, a ajouté Maurel. “Bien que nous ne nous penchions pas nécessairement sur des applications spécifiques pour le moment, nous devons intégrer ces facteurs dans nos prochaines études, un processus déjà en cours.”

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