Façonnage des ondes : de la superdirectivité à la superrésolution.
Wave shaping : from superdirectivity to superresolution
par Samuel MÉTAIS sous la direction de Geoffroy LEROSEY et de Fabrice LEMOULT
Thèse de doctorat en Physique
ED 564 Physique en Île-de-France

Soutenue le jeudi 07 mars 2019 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Acoustique
  • Antennes (électronique)
  • Cavités résonnantes (microondes)
  • Doppler, Effet
  • Imagerie (technique)
  • Métamatériaux
  • Microondes
  • Microscopie à super-résolution
  • Phénomènes électromagnétiques

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Mots clés
Acoustique, Micro-ondes, Super-résolution, Super-directivité, Antennes reconfigurables, Cavités chaotiques, Imagerie non-linéaire, Métamatériaux, Effet Doppler, Métasurfaces
Resumé
Durant cette thèse nous nous sommes intéressés à la physique des ondes globale. En repartant de l'équation de d'Alembert, il émerge trois leviers principaux qui permettent le contrôle des ondes : contrôle sur les sources, contrôle sur les conditions aux limites, et contrôle sur le milieu de propagation lui-même. Dans un premier lieu, nous avons utilisé les propriétés d'une métasurface binaire électroniquement reconfigurable en cavité micro-ondes. Cet objet permet de contrôler le champ au sein de la cavité. Celle-ci a ensuite été ouverte, et nous avons montré que le contrôle s'étendait à l'émission en champ lointain. Ce système réalise donc une antenne compacte directive et reconfigurable. Dans un second temps, nous avons considéré l'approche métamatériaux pour réaliser une antenne dite superdirective. En effet, les antennes sont soumises à des limitations de directivité liées à leur taille, dont la prédiction date des années 40. En utilisant un milieu de fils, nous avons montré que ce métamatériau qui permet le contrôle du champ proche à une échelle sub-longueur d'onde, peut influencer le rayonnement d'une source unique au point de réaliser une antenne superdirective avec seulement quatre diffuseurs résonants passifs. Enfin, nous avons réalisé en acoustique une preuve de concept d'une nouvelle technique d'imagerie non-linéaire. Depuis l'illumination structurée, c'est l'imagerie d'agents de contraste, souvent fluorescent, qui permet de battre la limite de diffraction. Ici, nous proposons une idée basée sur l'effet Doppler. Nous montrons dans un premier temps qu'imager avec des sources et des récepteurs en rotation permet d'égaler au moins l'illumination structurée. Dans un second temps, nous montrons que cette rotation génère une information spectrale supplémentaire qui permet d'atteindre la super-résolution.