Les ondes sonores déplacent des objets : une percée en physique

Les ondes sonores sont des vibrations qui se propagent à travers un milieu tel que l'air, l'eau ou des matières solides.

Ces ondes sont générées lorsqu'un objet vibre et met en vibration les molécules environnantes.

Cette vibration crée des zones de compression et de raréfaction, dans lesquelles les particules sont resserrées ou écartées les unes des autres. Ces zones alternées se propagent sous forme d'onde à travers le milieu.

Les ondes sonores sont caractérisées par leur fréquence, leur longueur d'onde et leur amplitude. La fréquence, mesurée en hertz (Hz), détermine la hauteur du son, les fréquences plus élevées produisant des tonalités plus aiguës.

La longueur d'onde est la distance entre deux points successifs de compression ou de raréfaction, tandis que l'amplitude indique la hauteur de l'onde, laquelle influence le volume du son.

L'être humain perçoit le son lorsque ces ondes atteignent l'oreille et font vibrer le tympan. Ces vibrations sont ensuite converties en signaux électriques par l'oreille interne et interprétées par le cerveau, ce qui nous permet d'entendre et de reconnaître différents sons.

Les ondes sonores comme outil : simple, mais efficace

Au cœur de cette nouvelle méthode, désignée sous le terme de « façonnage d'impulsions d'ondes », se trouve l'utilisation des ondes sonores.

L'équipe de recherche dirigée par Romain Fleury du laboratoire d'ingénierie des ondes de l'EPFL a développé une technique permettant de déplacer des objets indépendamment de leur environnement ou de leurs propriétés physiques.

Tout ce dont on a besoin, c'est la position de l'objet, et les ondes sonores font le reste en poussant doucement les objets, à la manière dont on pourrait déplacer un palet de hockey avec une crosse. Cette analogie est prise au pied de la lettre dans leurs expériences.

Imaginez une balle de ping-pong flottant sur l'eau et déplacée par des ondes sonores émises par des haut-parleurs. Dans un grand bassin, une caméra placée en hauteur capte la position de la balle, tandis que les ondes sonores la guident sur une trajectoire prédéfinie. Les interactions de la balle avec les ondes sonores sont analysées en temps réel et permettent un contrôle précis de son mouvement.

Développer le potentiel

Les chercheurs ne se sont pas contentés du déplacement d'objets sphériques. Leurs expériences ont également porté sur le contrôle de la rotation d'objets et la manœuvre de formes plus complexes, comme un lotus en origami.

La technique repose sur la conservation de l'impulsion, un principe qui confère à la méthode sa simplicité et sa polyvalence.

Cette approche simple et néanmoins flexible fait de la mise en forme par impulsion d'ondes une technologie prometteuse pour un large éventail d'applications.

Le potentiel de cette technologie s'étend bien au-delà du domaine biomédical, où elle pourrait révolutionner la manière dont les traitements sont administrés.

Elle pourrait notamment améliorer les systèmes d'administration de médicaments en acheminant ceux-ci directement vers les zones cibles, comme les cellules tumorales.

Cette méthode offre une alternative non invasive susceptible de réduire les risques associés aux méthodes conventionnelles d'administration de médicaments.

De plus, l'application de cette technique à l'ingénierie tissulaire pourrait éviter les contaminations ou les dommages souvent causés par la manipulation physique des cellules.

Les chercheurs envisagent également son utilisation dans l'impression 3D, où ils pourraient disposer avec précision des particules microscopiques avant de les solidifier en structures.

Un regard vers l'avenir : les ondes sonores et au-delà

Bien que les chercheurs se concentrent actuellement sur les ondes sonores, ils estiment que les principes de la mise en forme par impulsion pourraient également être appliqués à la lumière, ce qui permettrait d'élargir le champ d'action.

Avec le soutien du programme Spark du Fonds national suisse, ils souhaitent prochainement étendre les expériences de l'échelle macro à l'échelle micro, en utilisant des ultrasons pour déplacer des cellules sous un microscope.

L'étude est publiée dans la revue Nature Physics .