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ANR

Agence Nationale pour la Recherche

Projets ANR du Laum

ANR I2T2M

Imagerie opto-acousto-optique in situ tridimensionnelle de transformations de matériaux à l’échelle nanométrique

Type : ANR 

Porteur : Vitali GOUSSEV

Durée : 48 mois / Du 01/02/2019 au 28/02/2023

Montant : 390 708 €

 

Partenaires : 

  • NETA
  • LAUM (Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Mans)
  • IMMM (Institut des Molécules etMatériaux du Mans)
  • LSPM (Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux)
  • SAFRAN SA
Descriptif 

L'objectif est de développer, pour la première fois, une imagerie in-situ rapide et tridimensionnelle (3D) des transformations spatiotemporelles de matériaux à l'échelle nanométrique en améliorant la technique existante de diffusion Brillouin résolue en temps (TDBS). La TDBS utilise des lasers ultra-rapides à haut taux de répétition pour l’émission et la détection d’impulsions acoustiques cohérentes (CAP) de longueurs nanométriques. Dans les matériaux transparents, les CAP peuvent être détectées tout au long de leur parcours, fournissant ainsi des informations sur les propriétés des matériaux en tout point du parcours. Cette imagerie avec une résolution de 10-100 nm dans la direction de propagation des CAP dépasse considérablement la microscopie classique à diffusion Brillouin dans le domaine fréquentiel (FDBS) dont la résolution en profondeur ne dépasse pas 10 µm. La TDBS a déjà été appliquée pour l'imagerie de distributions stationnaires de paramètres acoustiques, optiques et acousto-optiques dans des films nanoporeux inhomogènes, des semi-conducteurs/diélectriques soumis à une implantation/dégradation ionique, des agrégats polycristallins texturés et des cellules biologiques.

Dans ce projet, la TDBS 3D sera appliquée pour la première fois à l'imagerie des transformations d’échantillons spatialement inhomogènes. Cet objectif nécessitera l'application à la TDBS de l'échantillonnage optique asynchrone (ASOPS) qui permet d’accélérer grandement les mesures.

Les objectifs scientifiques sont d'imager en temps réel et in-situ et de caractériser quantitativement :

  1. la polycristallisation d’un monocristal et le fluage induits par un chargement
  2. la formation induite par rayonnement ou pression d'un polymère biocompatible à partir d’un monomère  
  3. la formation de l'interface adhésive entre métal et résine époxy pendant son durcissement

L'avancement des connaissances sur la polycristallisation d’un monocristal sous forte charge mécanique est d'une extrême importance pour la physique de la matière condensée, la planétologie et la prévision des conséquences des séismes. La compréhension de la polymérisation induite par pression favorisera son application pour la production industrielle d'objets biocompatibles.

L'évaluation des paramètres des interfaces métal/époxy à l'échelle nanométrique, notamment des échantillons industriels de la société SAFRAN, ouvrirait de nouvelles pistes pour l'amélioration des performances techniques des colles/peintures adhésives dans de multiples applications, notamment aéronautiques/automobiles. Plus généralement, notre recherche accélèrera les progrès de la TDBS pour l’imagerie et la tendance au remplacement de la FDBS par la TDBS dans de nombreuses autres applications.

 

 

Nos méthodes innovantes, après industrialisation par notre partenaire NETA qui commercialise déjà un système de microscopie acoustique picoseconde avec ASOPS, étendront les capacités de leur produit clés en main à l’imagerie de nouveaux matériaux/structures [polymères/monomères, résines époxy, composites, empilements 3D en microélectronique, écrans organiques à diodes électroluminescentes (OLED)] et ouvriront des marchés supplémentaires, notamment ceux de l'aéronautique et de l'OLED. 

Liens :

ANR eTNAA

étude de Trous Noirs Acoustiques Augmentés

Type : ANR

Porteur : François GAUTIER ( LAUM)

Durée : 48 mois (du 1/10/2017 au 30/09/2021)

Montant : 185 000€

Partenaires :
  • LAUM (UMR CNRS 6613, Université du Mans)
  • FEMTO ST (UMR CNRS 6174, Université de Franche Comté)
  • LTDS (UMR 5513 - Ecole Centrale de Lyon)
Descriptif :

La conception de panneaux, légers, raides et non rayonnants sur le plan acoustique constitue un enjeu important en ingénierie mécanique (aéronautique, spatiale par exemple). Les matériaux composites et architecturés constituent une réponse à cette problématique. L’insertion de trous noirs acoustiques, ou pièges à ondes vibratoires, basés sur une hétérogénéité locale de la raideur et de l’amortissement constitue une technique innovante induisant une absorption passive des vibrations sans ajout de masse. 

L’objectif du projet est de repousser les limites actuelles de cette stratégie en développant des absorbeurs de type « trous noirs acoustiques augmentés » basés sur l'insertion de systèmes actifs piézoélectriques et thermiques, conduisant à des panneaux architecturés combinant 4 effets complémentaires : amortissement par effet trou noir géométrique, contrôle actif de la raideur, pilotage thermique de l’amortissement, effet de bande d’arrêt induit par la périodicité du milieu.

Liens :

ANR TACOT

Description

ANR VIRTECH

VIRTualisation de moyens Expérimentaux en vibro-aCoustique par syntHèse de champ de pression

Porteur : Nicolas Totaro (LVA INSA-Lyon) / Resp. LAUM : Charles Pézerat

Durée :  48 mois - (du 01/10/2017 au 30/09/2021)

Montant total du projet : 520 000€ (dont 157 000€ pour le LAUM) 

Partenaires : 
Description du projet

Le projet VIRTECH (VIRTualisation de moyens Expérimentaux en vibro-aCoustique par syntHèse de champ de pression) apporte des outils de synthèse de champ de pression permettant d’intégrer la complexité d’environnements, remplaçant des campagnes expérimentales in-situ. Sous les termes « synthèse de champs de pression » sont regroupées les méthodes expérimentales (et éventuellement numériques) qui permettent de reproduire un champ de pression respectant des propriétés prescrites (homogénéité du champ, corrélations temporelles et spatiales) à l’aide de systèmes de reproduction acoustiques (haut-parleurs, sources mobiles). Ces méthodes peuvent s’appliquer en temps réel ou en post-traitement et peuvent être utilisées pour des applications variées. Par exemples, il peut s’agir de la caractérisation de performances acoustiques, de l’étude de résistance sous sollicitations extrêmes ou d’analyses de qualités acoustiques...

Les principaux axes du projet sont :

  1. l'identification des composantes utiles du champ acoustique par mesures directes (en utilisant une antenne de microphones MEMS), par mesure indirecte en observant le comportement vibro-acoustique de la structure testée et par analyse d’une modélisation numérique du champ de pression excitateur. Ces analyses seront couplées à une étude de la perception sonore pour une évaluation complète du filtrage entre l'excitation et l'écoute.
  2. l'optimisation d'un réseau de sources et de son pilotage pour synthétiser un champ de pression ayant les caractéristiques d’un champ diffus ou d’un écoulement turbulent en prenant en compte les phénomènes de filtrage observés précédemment.
  3. la confrontation entre les résultats ainsi obtenus et ceux obtenus via des moyens d'essai classiques.

ANR METAROOM

METARoom: traitements acoustiques reconfigurables et sublongueur d'onde pour l'acoustique des salles – METARoom

 

Type : ANR (ANR-18-CE08-0021) 

Porteur : Jean-Philippe GROBY - LAUM

Durée : 48 mois (du 1/10/2021 au 30/09/2025)

Montant : 265 000€

Partenaires : 
Description du projet

Les fonctionnalités extraordinaires des métamatériaux acoustiques ont conduit à la réalisation de techniques de manipulation d'ondes jusqu'alors considérées comme impossibles avec des structures sub-longueur d’onde. Malheureusement, ces nouvelles fonctionnalités sont nécessairement limitées à des gammes de fréquences étroites puisqu’une grande majorité des propriétés des métamatériaux proviennent de phénomènes de résonance. Pourtant, les applications pratiques nécessitent généralement une large bande d’efficacité.

Récemment, des percées dans la stratégie de conception et d'intégration ont permis de surmonter la limitation de bande étroite et ont montré que certaines fonctionnalités, comme l'absorption acoustique, peuvent être accordées en fonction du spectre d'absorption cible. Ce schéma d'intégration a déjà conduit à la création d'une startup à Hong Kong, Acoustic Metamaterials Group (AMG), qui a atteint la capacité de production de masse des prototypes conçus, et d'une startup française, Metacoustic, qui propose des solutions acoustiques et vibratoires composées de couches métaporeuses et métaporoélastiques.

Dans le cadre du projet METARoom, nous visons à prolonger ces succès atteint dans le domaine de l'absorption acoustique pour ouvrir une nouvelle frontière dans le domaine de l'acoustique des salles en construisant des murs qui peuvent passer passivement d’une fonctionnalité totalement absorbante à une phase de réflexion modulée en espace obtenu grâce à des résonances permettant de régler l'impédance des murs.

Un tel changement peut modifier considérablement l'expérience sonore d'une pièce, passant d’un caractère anéchoïque à la sensation sonore d'une pièce plus grande qu'elle ne l'est dans la réalité. Traditionnellement, les murs acoustiques sont statiques et ne remplissent qu'une seule fonctionnalité. De plus, ils sont efficaces à haute fréquence mais conduisent à des structures encombrantes et lourdes à basse fréquence.

Ce projet vise à concevoir des métamatériaux acoustiques sub-longueur d’onde et reconfigurables pour modifier l'acoustique d’une pièce. Nous avons l'intention de nous appuyer sur l'expertise combinée des équipes de Hong Kong et de France pour prouver expérimentalement l'efficacité d'un tel système dans deux salles de démonstration, l'une à Hong Kong et l'autre au Mans.

Ces deux salles de démonstration utiliseront des approches d'intégration et des résonateurs différents (résonateurs Fabry-Pérot pour l'équipe de Hong Kong et Helmholtz pour l'équipe du Mans) pour atteindre le même objectif. L'expérience de recherche et de développement des deux équipes en théorie, simulation, fabrication d'échantillons et mise en oeuvre sera enrichie par les approches de chacun, ainsi que par des visites mutuelles et des échanges d'étudiants.

Les deux équipes collaboreront avec AMG et Metacoustic dans ce projet. Le rôle d'AMG sera de fournir de l'espace pour la salle de démonstration à Hong Kong, tandis que le PI, le Co-I et les étudiants à Hong Kong et au Mans concevront, fabriqueront et testeront les métamatériaux acoustiques en collaboration avec AMG et Metacoustic. Nous envisageons de nouvelles opportunités commerciales avec la réussite de ce projet.

ANR CoProMM

Contrôle de la propagation des vagues par des milieux microstructurés 

Type : ANR

Porteur : Vincent PAGNEUX - LAUM

Coordonné par : Philippe PETITJEANS - PMMH

Durée : 48 mois (du 1/10/2021 au 30/09/2025)

Montant : 511 000€

Les partenaires :
Descriptif :

Notre projet concerne le contrôle de la propagation des ondes à la surface de l’eau en présence de milieux microstructurés flottants ou ancrés, notamment pour en atténuer les effets (protection côtières ou portuaires) mais aussi pour en maitriser la direction de propagation en les déviant dans un objectif de contournement d’une structure à protéger ou pour les focaliser à des fins de récupération d’énergie. Dans le contexte naturel, les variations de la bathymétrie sous-marine ont un impact direct sur la propagation des ondes en surface. C’est le cas pour la houle qui est une onde de faible amplitude mais également pour des ondes de fortes amplitudes, comme les tsunamis qui se déplacent des eaux profondes vers les eaux superficielles à proximités des côtes. Les réalisations
humaines étaient par le passé essentiellement vouées à la protection de structures littorales ou offshore, et on peut les qualifier en général de « briseurs de vagues ».

Aujourd’hui, ces constructions deviennent plus complexes, d’une part parce que l’on souhaite des briseurs de vagues plus efficaces
(à nouveau typiquement contre les tsunamis), d’autre part parce que l’aspect environnemental est de plus en plus pris en compte et des structures de protection moins massives et invasives sont de
plus en plus recherchées.

CES30 Physique de la matière condensée et de la Matière Diluée 2

Pour les ondes acoustiques, électromagnétiques et élastiques, des progrès récents en terme de contrôle des ondes ont été rendus possibles avec, par exemple, la réalisation des métamatériaux, qui donnent lieu à une propagation inusuelle des ondes.

Si la stratégie de conception de métamatériaux contre le risque sismique terrestre est déjà en plein essor, on peut aujourd’hui penser à des structures d’un nouveau type pour la protection maritime ce qui ouvre un vaste champ d’investigation pour la physique des ondes à la surface de l’eau. C’est dans ce contexte que notre projet se positionne.
Le projet que nous déposons aujourd’hui s’articule autour de deux aspects spécifiques. D’un point de vue fondamental, nous proposons de concevoir et de caractériser des microstructures laminées ou résonantes capables de contrôler/atténuer les ondes à la surface. Nous nous appuyons sur l’expertise que nous avons tant expérimentalement à l’échelle du laboratoire (mesures par profilométrie FTP résolues en temps et en espace) que dans le développement de modèles asymptotiques bien adaptés à la prise en compte de microstructures. Du point de vue des
applications, nous proposons de réaliser de prototypes à l’échelle 1,  c’est-à-dire en mer avec le partenaire Bluerium afin d’offrir des preuves de concept pour le contrôle et l’atténuation des vagues auprès des acteurs publiques concernés.

Il s’agit de mairies de villes côtières et des organismes de location de bateaux que la société Bluerium a déjà contacté et qui ont manifesté un vif intérêt pour le projet.

ANR ExFLEMM

ANR ExFLEMM

Type : ANR

Porteur : Vincent TOURNAT - LAUM

Durée : 48 mois (du 1/10/2021 au 30/09/2025)

Montant : 307 000€ dont 194 000€ pour le LAUM

Les partenaires :
Descriptif

Ce projet vise à étudier, observer et exploiter les événements ondulatoires extrêmes dans des métamatériaux élastiques flexibles et non linéaires.

Alors que la propagation d'impulsions de type soliton a été étudiée avec succès ces dernières années, par exemple dans les architectures dites à carrés tournants, la réponse de ces métamatériaux flexibles à des excitations périodiques reste pratiquement inexplorée.

Ce régime présente un lien étroit avec des applications telles que le contrôle des vibrations de grande amplitude et du bruit, la récupération d'énergie, ou avec des défis tels que l'actionnement, la locomotion ou la reconfiguration structurelle.

Sans perdre en généralité, les métamatériaux flexibles constituent ici une plate-forme exploratoire idéale. Nous proposons en particulier d'étudier et d'utiliser des événements extrêmes (par exemple les « rogues waves »), comme stratégie innovante de contrôle de l’énergie, entre autres. 

ANR BiophoNonics

Biobased phononic materials (BPM)

Type : ANR AAPG2020

Porteur : Thomas DEHOUX (Lyon) / resp. Sci. Le Mans : Samuel RAETZ

Durée : 36 mois (du 01/05/2021 au 30/04/2024)

Montant : 502 180€

Les partenaires :
Descriptif

Une stratégie rationnelle pour développer la bioéconomie consiste à remplacer les matériaux inorganiques par des matériaux biosourcés, biodégradables et recyclables. Dans ce contexte, le domaine des composites biologiques est en pleine expansion, avec des applications en photonique, en robotique molle et en augmentation humaine, mais n'a pas encore rencontré la phononique. Dans ce projet, nous voulons développer des matériaux phononiques à partir de structures végétales décellularisées. Nous ajusterons les caractéristiques phononiques avec le phénotype des plantes grâce à des outils génétiques et mécaniques.

 

Cette approche devrait fournir une voie de fabrication plausible et évolutive pour les futurs matériaux phononiques. Les applications envisagées incluent les dispositifs d’imagerie intégrés au corps humain, la médecine régénérative assistée par ultrason, ou les technologies de communication.

ANR SELFIXs

Le projet SelfiXs vise à exploiter de récents résultats obtenus en physique des systèmes non-Hermitiens. En considérant ces phénomènes sous un angle original basé sur la génération et la destruction d’énergie des perturbations, ce projet étudiera les couplages acoustique-flamme-écoulement dans un cadre général, avec une attention particulière portée sur la génération de modes localisés découverte récemment. 

Le projet SelfiXs vise à explorer et développer de nouveaux principes et outils de conception pour l’aéro et la thermo-acoustique. En outre, les résultats soutiendront la conception de dispositifs thermoacoustiques qui convertissent la chaleur perdue à basse température en énergie électrique avec des performances et une efficacité accrue.

Montant : 223k€

Durée : 36 mois

Porteur : Guillaume PENELET

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