Thèse Isite - Métamatériaux Acoustiques Topologiques Non Hermitiens pour un Contrôle Robuste des Ondes H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lorraine École doctorale : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE Laboratoire de recherche : IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR Direction de la thèse : Mourad OUDICH ORCID 0000000201235894 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 Le paradigme de la topologie a profondément marqué la physique de la matière condensée ces dernières années. Ce cadre conceptuel a été étendu avec succès à la photonique et à l'acoustique. L'un de ses résultats majeurs est l'émergence d'états topologiquement protégés aux bords, aux surfaces et aux coins, qui présentent une remarquable robustesse face aux défauts et au désordre. Ce cadre a été rendu possible grâce aux cristaux phononiques et aux métamatériaux acoustiques, des structures artificielles offrant un contrôle sans précédent de la propagation des ondes. En acoustique, leur nature macroscopique et leur accessibilité expérimentale en font une plateforme idéale pour explorer de nouveaux phénomènes ondulatoires tout en visant des applications technologiques concrètes. Les systèmes acoustiques topologiques permettent déjà un guidage robuste des ondes, la réalisation de lignes à retard, et offrent un fort potentiel pour des circuits phononiques insensibles aux imperfections de fabrication. En élastodynamique, ils supportent des modes guidés robustes aux défauts, pertinents pour l'optomécanique, la modulation acousto-optique sur puce et le traitement de l'information acoustique. Plus largement, ces concepts ouvrent des perspectives pour la détection haute performance, le contrôle des vibrations et du bruit, la localisation et la récupération d'énergie, ainsi que pour des technologies avancées d'échographie biomédicale où la robustesse et le confinement des ondes sont essentiels.
La topologie des systèmes hermitiens est aujourd'hui bien établie. L'introduction de gain, de pertes ou de non-réciprocité conduit à une physique non hermitienne où la topologie devient plus subtile. Toutefois, les systèmes non hermitiens présentent des phénomènes sans équivalent dans les systèmes hermitiens.
L'objectif de cette thèse est d'explorer l'interaction entre topologie et non-hermiticité dans les métamatériaux acoustiques à travers la conception, la modélisation et la réalisation expérimentale de nouvelles structures supportant des états topologiques d'ordre supérieur ainsi que des effets de peau non hermitiens. Le ou la candidat(e) développera des stratégies de contrôle actif fondées sur l'ingénierie du gain et des pertes ainsi que sur la non-réciprocité, et étudiera la correspondance généralisée volume-bord dans des systèmes réalistes. À terme, ce travail vise à établir de nouveaux paradigmes pour la manipulation du son et des vibrations, avec des retombées sur les technologies phononiques, le traitement du signal acoustique, le calcul et les systèmes d'échographie de nouvelle génération. Le développement des concepts topologiques en physique de la matière condensée a profondément renouvelé la compréhension des phénomènes ondulatoires, en mettant en évidence des états protégés robustes face aux défauts et au désordre. Ces idées ont été transposées avec succès à la photonique et à l'acoustique, notamment grâce aux cristaux phononiques et aux métamatériaux, qui permettent un contrôle fin de la propagation des ondes. Plus récemment, l'introduction de la non-hermiticité via le gain, les pertes ou la non-réciprocité a ouvert la voie à de nouveaux phénomènes tels que les points exceptionnels et l'effet de peau non hermitien, remettant en question les cadres théoriques classiques comme la correspondance volume-bord. Dans ce contexte, l'étude conjointe de la topologie et de la non-hermiticité constitue un enjeu majeur pour le développement de nouvelles fonctionnalités en acoustique, avec des perspectives allant du traitement du signal aux technologies de détection acoustiques ultra-sensibles.