Study of two-dimensional phononic crystals with property gradients. Application on the deflection of acoustic beams

Phononic structures or crystals made of rows of steel pipes privilege the existence of band gaps and pass bands. The first ones are frequency domains where the incident wave cannot pass through the structure. By introducing small changes about the positioning of the pipes, it is possible to expand greatly the width of the band gaps. By varying the thickness of the pipes in a phononic crystal with a square symmetry, the effect of an incident plane wave which propagates in the direction of the variation is to create thin pass bands in the band gap obtained initially when the pipes have the same thickness. If the incidente wave propagates perpendicularly to the direction of the thickness variation of the pipes, convergent or divergent acoustic lenses which could deviate acoustic beams are created. Finally, when a crystal constituted by the steel pipes is inserted in an array of polyethylene pipes, numerical simulations show that a sound wave can be guided at frequencies corresponding to the pass bands of a steel phononic crystal.
Des structures phononiques ou cristaux phononiques constitués de réseaux ordonnés de tubes en acier favorisent l'existence de bandes interdites et de bandes passantes. Les premières sont des domaines fréquentiels où une onde incidente ne peut traverser de telles structures. En introduisant de légères variations sur le positionnement des tubes, il est possible d'élargir considérablement les bandes interdites. En faisant varier l'épaisseur des tubes dans un cristal phononique à symétrie carrée, l'effet d'une onde plane incidente parallèlement à la direction de variation est de créer de fines bandes passantes dans la bande interdite obtenue initialement lorsque les tubes ont même épaisseur. Si l'on envoie l'onde incidence perpendiculairement à la direction de variation de l'épaisseur des tubes, on crée des lentilles acoustiques convergentes ou divergentes déviant les faisceaux acoustiques. Enfin, lorsque dans un cristal composé de tubes en polyéthylène on insère une allée de tubes en acier en forme de virages, les simulations numériques montrent qu'une onde acoustique peut être guidée aux fréquences correspondant aux bandes passantes du cristal phononique entièrement en acier.