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Un haut-parleur étirable et transparent

Ce disque transparent, souple et étirable, est capable de restituer correctement le son d’un orchestre symphonique, comme un haut-parleur. D’ailleurs, c’est un haut-parleur, mais dont le son est produit par un dispositif inhabituel : une membrane élastomère diélectrique.

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Un haut-parleur étirable et transparent
Un haut-parleur étirable et transparent

C’est la démonstration la plus spectaculaire des possibilités du dispositif inventé dans un laboratoire de l’université d’Harvard. Un dispositif simple, puisqu’il s’agit une membrane d’élastomère d’un millimètre d’épaisseur, en sandwich entre deux minces couches (100 microns) d’hydrogel de polymère – un polymère avec beaucoup d’eau, mais solide. Quand le sandwich est mis sous tension électrique, l’élastomère s’étire et se rétracte. Et quand on le branche sur la sortie audio d’un ordinateur qui lit une vidéo musicale, il joue les haut-parleurs très correctement (voir la vidéo).

L’élastomère du sandwich est un élastomère diélectrique, qui se déforme sous l’action de forces électrostatiques quand on le soumet à une tension. Ce type de matériaux est étudié depuis des années pour fabriquer des actionneurs. Mais l’idée nouvelle des chercheurs d’Harvard est d’avoir remplacé les électrodes habituelles par deux couches d’hydrogels de polymère. Dans ce cas précis, un hydrogel de polyacrylamide, auquel est ajouté du chlorure de sodium, ce qui en fait un conducteur ionique (la conduction électrique est assurée par des ions, et non par des électrons). Le conducteur ionique permet d’utiliser de fortes tensions sans dégrader le dispositif, et surtout de le faire fonctionner à hautes fréquences, entre 20Hz et 20 kHz, dans le cas du haut-parleur. D’autres dispositifs innovants, utilisant des feuilles de graphène ou de nanotubes de carbone, donnent des performances plus limitées.

Avec ce haut-parleur mince et transparent, les chercheurs suggèrent que l’on pourrait réaliser des systèmes antibruit actifs, collés sur des vitrages. Plus largement, l’actionneur flexible et étirable pourrait s’intégrer dans des systèmes robotisés, dans des dispositifs médicaux, voire dans des systèmes bioélectroniques, car beaucoup d’hydrogels sont biocompatibles. La grande diversité des hydrogels et conducteurs ioniques devraient faciliter l’optimisation des performances de l’actionneur pour une application. A condition toutefois de prévoir une encapsulation du dispositif, pour éviter l’évaporation de l’hydrogel…

Thierry Lucas

 
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