Thèse soutenue

Isolants topologiques et cristaux artificiels pour les ondes hydro-élastiques
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Auteur / Autrice : Federigo Ceraudo
Direction : Marc FermigierAntonin Eddi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 14/12/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Président / Présidente : Agnès Maurel
Examinateurs / Examinatrices : Marc Fermigier, Antonin Eddi, Suzie Protière, Patrice Le Gal, François Charru
Rapporteurs / Rapporteuses : Suzie Protière, Patrice Le Gal

Résumé

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Cette thèse porte sur le comportement des Ondes Hydro-Élastiques (HEW), des ondes à la surface de l’eau qui interagissent avec une membrane élastique, en utilisant les idées et méthodologies qui dérivent de la topologie et de la physique de la matière condensée comme le Quantum Hall Effect (QHE). Les phases topologiques sont étudiées dans plusieurs domaines physiques et dans la majorité des cas, afin d’observer les propriétés liées aux isolants topologiques, il est nécessaire de construire un système où la symétrie par renversement du temps (T symmetry) est brisée. En se concentrant sur les systèmes avec des ondes à la surface de l’eau, ce n’est pas trivial de briser la T symmetry, dans ce cas ils sont nécessaires des flux d’eau rotationnelles qui comportent une forte injection d’énergie dans le système. Une autre approche pour faire face à ce défi expérimental est de mimer le Quantum Spin Hall Effect (QSHE), dans ce cas la T symmetry est préservée. Nous proposons d’étudier les phases topologiques en utilisant une nouvelle approche basée sur les HEW ou l’interaction entre une membrane de silicone et des ondes a la surface d’un liquide peut conduire à des guides onde robustes et immunes au back-scattering. Cette étude est basée sur des expériences en laboratoire qui permettent de reconstruire le champ de hauteur précisément. D’abord nous caractérisons la membrane de silicone en mesurant son module de Young, la relation de dispersion et l’atténuation, en montrant que nous sommes capables de modifier sa propagation en changeant les propriétés géométriques de la membrane. Nous étudions le comportement d’une perforation triangulaire sur la membrane, qui peut être vue comme une cavité 2D, en montrant ses modes de résonance. Nous utilisons un pattern triangulaire de perforations triangulaires, ce que l’on appelle un cristal artificiel, pour mimer la structure de bande d’un vrai cristal: les gaps de type Bragg et d’hybridation sont présentés expérimentalement. Nous démontrons qu’une inversion de bande se manifeste quand deux patterns avec des orientations différentes sont mis ensemble en créant une interface qui support un mode de bord topologique.