SUPerlentille à REfraction négative à base de MEtamatériaux et cristaux phononiques – SUPREME

Les tendances actuelles de l'imagerie ultrasonore sont en pleine évolution, à la recherche d'une résolution plus élevée, conduisant à des dispositifs fonctionnant à des fréquences plus hautes. Cette augmentation de fréquence induit de nouvelles contraintes liées d'une part à la diminution de la profondeur de pénétration, et d'autre part liées à l'augmentation de la quantité de données à traiter en temps réel. Le projet se propose d'étudier des solutions à cette problématique à l'aide de matériaux présentant des propriétés de réfraction négative : en exploitant l'effet « superlentille », pour augmenter la résolution; et en mettant en œuvre un nouveau principe d'imagerie ultrasonore basé sur la reconstruction d'une image réelle, en rupture avec l'imagerie classique. Deux solutions sont retenues pour obtenir la propriété de réfraction négative. La première repose sur les cristaux phononiques : ils consistent en un arrangement périodique de plusieurs matériaux, pour lesquels on peut, sous certaines conditions, observer un effet de bande interdite ; bande de fréquence dans laquelle les ondes sont évanescentes. Ces matériaux peuvent présenter des courbes de dispersion à pente négative et cette propriété peut être utilisée afin de focaliser les ondes acoustiques. La deuxième solution repose sur les métamatériaux qui sont des matériaux composites contenant des particularités à une échelle plus petite que la longueur d'onde et qui possèdent un comportement effectif macroscopique en relation étroite avec la microstructure. Ces matériaux sont non dispersifs et doués de réfraction négative. Ce projet propose de mettre en œuvre les modèles pour étudier la réfraction négative des ondes élastiques et concevoir des cristaux phononiques et des métamatériaux à matrice solide présentant les propriétés recherchées. Le concept de réfraction négative doit permettre de concevoir une « superlentille » formée d'un matériau à indice négatif et dont la résolution dépasse la limite de diffraction comme l'indique des études récentes consacrées aux matériaux à matrice fluide. L'effet de réfraction négative de certains cristaux phononiques ou de métamatériaux à matrice solide permet d'envisager alors une technique d'imagerie totalement inédite. En effet, en « éclairant » une structure à imager avec une source quasi-omnidirectionnelle, on pourrait retrouver derrière la super-lentille solide une image fidèle de cette structure qui se matérialiserait dans un milieu simple tel que de l'eau. Il suffirait alors de venir « lire » cette image avec une sonde laser (en exploitant l'effet piézo-optique dans l'eau) ou encore avec une matrice de transducteurs ultrasonores, mais avec une électronique très simplifiée se résumant uniquement à un multiplexage des différents éléments tel que dans une caméra optique numérique. Le principe d'une telle technique d'imagerie sera étudié ici, en utilisant une méthode de lecture simple telle qu'un hydrophone à pointe, de façon à en évaluer les possibilités et les limitations, ceci sans nécessité de développer une instrumentation très coûteuse.