Comment des ondes ultrasonores sont bloquées dans leur milieu de propagation

La localisation d’Anderson est un phénomène ondulatoire complexe qui a passionné la communauté de la physique des ondes pendant des décennies. Elle se traduit par un arrêt total de la propagation des ondes, piégées dans le milieu propagateur en raison d'une structure très désordonnée qui produit des interférences entre de multiples chemins de diffusion.

Initialement introduite en physique quantique en 1958 par le lauréat du prix Nobel du même nom, elle est également susceptible de se manifester pour des ondes classiques telles que la lumière ou le son. Démontrer son existence dans le cas d'une onde scalaire, la plus élémentaire, car elle ne présente qu'une seule direction de polarisation, aurait l'avantage de produire des résultats directement comparables à ceux donnés par la théorie. C'est ce qu'a réussi pour la première fois un consortium de chercheurs de l'Institut de mécanique et d'ingénierie (I2M, Arts et Métiers/Bordeaux INP/CNRS/Université de Bordeaux), du Laboratoire du futur (LOF, CNRS/Syensqo) et de l'Université du Manitoba (Canada), en créant un nouveau milieu de propagation d'ondes acoustiques, grâce à un procédé microfluidique innovant.

En effet, pour observer la localisation d'Anderson avec des ondes classiques, il faut disposer d'un milieu très désordonné capable de produire une forte diffusion des ondes, tout en conservant une très faible absorption. Des essais avaient été réalisés avec des ondes acoustiques, en utilisant des suspensions dans l'eau de microbilles de verre ou de plastique. Mais ces milieux de propagation produisaient soit une résonance trop faible, soit une absorption trop forte... 

Les chercheurs de l'Université de Bordeaux ont trouvé la solution en mettant au point un procédé microfluidique de fabrication de billes de ''matière molle'' : un alliage métallique (Bi,Pb,In,Sn,Cd), dont le point de fusion est de seulement 47°C. Une caractéristique qui permet de recourir à la microfluidique pour fabriquer des sphères fortement résonantes et parfaitement calibrées. 
À la confluence de deux microcanaux, l'un contenant l'alliage, l'autre une solution aqueuse, tous deux préchauffés, le métal est segmenté en gouttes, qui sont ensuite refroidies et collectées. Le procédé permet une production à haut débit, de l'ordre de 10⁵ particules par heure. Les particules obtenues, des sphères d'environ 350 µm de diamètre, sont alors mises en suspension dans un fluide, afin de constituer le milieu de propagation des ondes. 

Le dispositif expérimental est composé d'une cellule contenant le milieu de propagation avec, d'un côté un émetteur qui génère les ondes, et de l'autre un hydrophone qui mesure les ondes transmises. L'ensemble est immergé dans un grand réservoir d'eau qui facilite la propagation des ultrasons. L'émetteur et l'hydrophone peuvent être déplacés latéralement, afin d'effectuer des mesures avec de multiples configurations du milieu désordonné. Différentes fractions volumiques de microbilles ont été utilisées (de 2,5% à 40%).

Les mesures ont mis en évidence le phénomène de localisation des ondes, qui se produit dans une bande de fréquences proche de la résonance (entre 1,1MHz et 1,3 MHz), et des concentrations de l'ordre de 15-20%. Les résultats, en parfait accord avec la théorie, ont permis d'établir expérimentalement un diagramme de phase qui donne les conditions d'émergence de la localisation d'Anderson en fonction de la fréquence des ondes et de la concentration des résonateurs.
Une nouvelle étude est en cours (un projet ANR de quatre ans), dont l'objectif est d'étudier l'effet de différents degrés de désordre dans le milieu de propagation, notamment en contrôlant avec précision le positionnement des billes dans le fluide suspendant.

Références
3D Anderson localization of classical scalar waves.
Fanambinana Delmotte, Thomas Brunet, Jacques Leng, and John H. Page. 
Science Advances, publié le 25 Février 2026.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aed1319