Stage M2 – Morphose dirigée de matériaux déformables par le contrôle spatio-temporel de fronts d’onde ultrasonores
Mots Clés : physique des ondes, pression de radiation, contrôle de fronts d’onde, contraintes mécaniques, dynamique des fluides
La « morphose » ou « morphing » est un effet spécial appliqué à la transformation de dessins ou d’images photographiques et cinématographiques afin de créer une animation. En ingénierie des matériaux et des systèmes, la programmation contrôlée de la forme de matériaux, aussi bien liquides que solides, est par ailleurs à la base de nombreuses innovations telles que l’impression 3D, l’ingénierie de tissus biologiques et la robotique. Les ondes sonores, et la « pression de radiation » qui leur est associée, peuvent appliquer des contraintes mécaniques moyennes et de forte amplitude sur une interface, et qui sont de nature à changer sa position d’équilibre (voir figure ci-dessous). Dans le cadre de ce projet de recherche, nous explorerons le potentiel d’utiliser ces effets mécaniques induits, combinés à un contrôle spatio-temporel avancé des fronts d’onde, pour diriger la déformation sans aucun contact et en temps réel d’interfaces pouvant acquérir des formes complexes et tridimensionnelles.
Le candidat ou candidate étudiera d’abord à l’aide de simulations numériques, puis expérimentalement la transformation de gouttes de liquides, initialement sphériques, sous l’effet des contraintes de radiation, ou « pression de radiation » des ondes ultrasonores (MHz). Les concepts de quantité de mouvement des ondes, et du contrôle spatio-temporel de leurs fronts seront centraux à l’étude. La modélisation numérique reposera sur la méthode des éléments fini de frontière (BEM Acoustique) et d’une implémentation d’un modèle hydrodynamique semi-analytique. Le volet expérimental mettra à profit les capacités avancées d’un nouvel échographe de recherche entièrement programmable pour prescrire la séquence ultrasonore souhaitée sur la base des dernières avancées en contrôle spatio-temporel des ondes.
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