Le Examen scientifique national a récemment publié une étude du groupe de Huaping Wang à l’Université du Zhejiang. Inspirée par les métamatériaux électromagnétiques, l’équipe de recherche a conçu et fabriqué un dispositif de superdiffusion des ondes d’eau basé sur la résonance de dégénérescence en utilisant la similitude de l’équation des ondes d’eau et de l’équation des ondes électromagnétiques dans des conditions d’eau peu profonde, qui a été réalisée expérimentalement.
Les vagues d’eau sont un phénomène fluctuant très intuitif qui est largement observé dans le monde naturel. Comprendre et contrôler la propagation des vagues d’eau est important à la fois pour l’hydrodynamique et l’ingénierie marine. Ces dernières années, les métamatériaux se sont développés rapidement et sont devenus un outil bénéfique pour manipuler les ondes électromagnétiques, les ondes élastiques, les ondes acoustiques et les ondes d’eau. La diffusion améliorée des vagues d’eau à l’aide de métamatériaux a un large éventail d’applications prometteuses dans la récolte d’énergie marine et la protection côtière.
Inspiré de la superdiffusion des ondes électromagnétiques et acoustiques, il est possible de concevoir des superdiffuseurs d’ondes d’eau basés sur l’optique de transformation pour obtenir une augmentation de l’intensité de diffusion d’un objet donné. Cependant, sa mise en œuvre expérimentale reste un grand défi en raison des exigences extrêmes sur les paramètres anisotropes et dans les conditions de vagues d’eau.
Sur la base du mécanisme de superdiffusion résonnante dégénérée, les chercheurs ont théoriquement conçu et vérifié expérimentalement la structure de superdiffusion des vagues d’eau dans un réservoir d’eau expérimental. Le superdiffuseur de sous-longueur d’onde est composé de plusieurs cylindres concentriques de différentes hauteurs, et la géométrie et la fréquence de fonctionnement du superdiffuseur sont optimisées par un algorithme de recuit simulé.
En concevant des résonances avec différents canaux de moment cinétique, la section efficace de diffusion totale peut dépasser de plusieurs fois la limite de diffusion à un seul canal et également dépasser de loin l’intensité de diffusion des diffuseurs ordinaires de même taille. Pour un diffuseur ordinaire, les résonances sont étalées et la section efficace totale de diffusion est limitée par le canal unique.
Dans les expériences, le groupe de recherche a mesuré les modèles de champ proche des superdiffuseurs d’ondes d’eau, qui étaient en accord avec les prédictions théoriques et les simulations numériques, et a ensuite mesuré les effets de superdiffusion dans différentes conditions aux limites, profondeurs d’eau et fréquences.
Cette étude fournit une méthode simple et peu coûteuse pour améliorer la diffusion des vagues d’eau, qui peut être utilisée pour améliorer la diffusion de petits objets de sous-longueur d’onde, et cela est très pertinent pour l’ingénierie marine, la protection côtière offshore, etc., et pourraient être utilisés dans les dispositifs de récupération d’énergie marine et les installations de protection côtière à l’avenir.
Plus d’information:
Zijian Qin et al, Superdiffusion des vagues d’eau, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac255