Conception de métasurfaces à piliers pour les ondes élastiques

La manipulation des ondes élastiques joue un rôle essentiel dans l’ingénierie avancée, les systèmes micro/nanoscopiques et les technologies de l’information quantique. Les exigences croissantes en matière de miniaturisation et d’intégration remettent en question les approches de conception structurelle traditionnelles. Les métasurfaces régies par la loi de Snell généralisée, caractérisées par une épaisseur sous-longueur d’onde, offrent une solution compacte. Toutefois, une compréhension théorique limitée et l’absence de règles de conception quantitatives freinent leur développement.Cette thèse propose un cadre unifié pour le contrôle des ondes élastiques via des métasurfaces à piliers, englobant la modulation de phase locale, le couplage non local et la structuration du champ d’ondes à l’échelle microscopique. En combinant modélisation théorique, simulations par éléments finis et validation expérimentale, elle met en évidence les mécanismes de modulation de phase complète, de focalisation sous-longueur d’onde et de régulation des ondes acoustiques de surface (SAW).Les principales contributions comprennent: (1) le couplage modal dans les piliers permettant une modulation de phase de 2π pour les ondes de Lamb antisymétriques; (2) une analyse de la résolution sub-longueur d’onde via un modèle semi-analytique, révélant une relation linéaire avec les paramètres géométriques; (3) un algorithme génétique pour optimiser le couplage non local, atteignant une déviation angulaire de 80°; et (4) une conception de métasurfaces SAW à l’échelle micro/nano avec compensation d’anisotropie, validée par microfabrication et sondes optiques.Ce travail propose une nouvelle stratégie de conception pour les métasurfaces élastiques, soutenant des applications en détection haute résolution, récupération d’énergie MEMS et acoustique quantique.