L’anisotropie est un terme utilisé dans diverses disciplines scientifiques pour indiquer que certaines propriétés de la matière (comme un matériau ou un rayonnement) varient selon la direction à partir de laquelle elles sont mesurées. Par exemple, si l’indice de réfraction ou la densité d’un matériau est différent lorsqu’il est mesuré le long de différents axes, cette propriété est dite anisotrope. L’anisotropie est l’opposé de l’isotropie, terme utilisé lorsque les propriétés sont les mêmes lorsqu’elles sont mesurées depuis n’importe quelle direction.
L’étude des propriétés, qu’elles soient isotropes ou anisotropes, peut fournir de nombreuses informations utiles. Par exemple, le passage anisotrope d’un rayonnement électromagnétique à travers un cristal peut aider à révéler la structure interne du cristal. L’utilisation des matériaux dans les projets de construction bénéficie de la connaissance de la résistance de chaque matériau qui varie en fonction de son orientation. Les anisotropies détectées dans le rayonnement de fond cosmique à micro-ondes soutiennent la théorie du Big Bang pour l’origine de l’univers. La mesure de l’anisotropie dans les données sismiques peut fournir des informations sur les processus internes et la minéralogie de la Terre. L’anisotropie est également utile en médecine, notamment pour l’imagerie ultrasonore.
Science et ingénierie des matériaux
La conduction de la chaleur par divers matériaux est couramment anisotrope. Les matériaux utilisés pour transférer et expulser la chaleur de la source de chaleur dans l’électronique sont souvent anisotropes. En revanche, certains matériaux conduisent la chaleur d’une manière isotrope, c’est-à-dire indépendante de l’orientation spatiale autour de la source de chaleur.
La rigidité d’un matériau est souvent anisotrope. Le module de Young (qui mesure la rigidité) dépend de la direction de la charge.
De nombreux cristaux sont anisotropes à la lumière (anisotropie optique), présentant des propriétés telles que la biréfringence. L’optique cristalline décrit la propagation de la lumière dans les cristaux. Un axe d’anisotropie est défini comme l’axe le long duquel l’isotropie est rompue (ou un axe de symétrie, tel que la normale aux couches cristallines). Certains matériaux ont plusieurs de ces axes optiques.
Dans les matériaux polycristallins, l’anisotropie peut être due à certains motifs de texture produits pendant la fabrication du matériau. Dans le cas du laminage, des « cordons » de texture sont produits dans le sens du laminage, ce qui peut conduire à des propriétés très différentes dans le sens du laminage et dans le sens transversal.
Certains matériaux, comme le bois et les composites renforcés de fibres, sont très anisotropes, étant beaucoup plus forts le long du grain/fibre qu’en travers. Les métaux et les alliages ont tendance à être plus isotropes, bien qu’ils puissent parfois présenter un comportement anisotrope significatif. Ceci est particulièrement important dans des processus tels que l’emboutissage profond des métaux.
Cosmologie
Les cosmologistes utilisent le terme d’anisotropie pour décrire les petites fluctuations de température dans le rayonnement de fond cosmique micro-ondes. La nature de ce rayonnement soutient la théorie du Big Bang pour l’origine de l’univers.
Physique
En physique, le terme anisotropie peut être appliqué dans différents cas. Par exemple, ce terme peut être utilisé pour indiquer qu’un plasma a un champ magnétique orienté dans une direction privilégiée, ou que le plasma présente une « filamentation », comme dans le cas de la foudre ou d’une lampe à plasma.
Un cristal liquide est un exemple de liquide anisotrope. Un tel liquide a la fluidité d’un liquide normal mais présente également un ordonnancement structurel moyen des molécules. En revanche, l’eau et le chloroforme ne contiennent aucun ordonnancement structurel de leurs molécules.
Géologie
L’anisotropie sismique est la variation de la vitesse des ondes sismiques en fonction de la direction. C’est un indicateur de l’ordre à longue portée dans un matériau, où les caractéristiques plus petites que la longueur d’onde sismique (comme les cristaux, les fissures, les pores, les couches ou les inclusions) ont un alignement dominant. Une anisotropie sismique importante a été détectée dans la croûte, le manteau et le noyau interne de la Terre. La mesure des effets de l’anisotropie dans les données sismiques peut fournir des informations importantes sur les processus et la minéralogie de la Terre.
Les formations géologiques avec des couches distinctes de matériaux sédimentaires peuvent présenter une anisotropie électrique : La conductivité électrique dans une direction (telle que parallèle à une couche) peut être différente de celle dans une autre (telle que perpendiculaire à la couche). Cette propriété est utilisée par l’industrie de l’exploration gazière et pétrolière pour identifier les sables porteurs d’hydrocarbures dans les séquences de sable et de schiste. Les sables contenant des hydrocarbures ont une résistivité élevée (faible conductivité), tandis que les schistes ont une résistivité plus faible. Les instruments d’évaluation des formations mesurent cette conductivité/résistivité, et les résultats sont utilisés pour aider à trouver des puits de pétrole et de gaz.
Informatique
Dans le domaine de l’infographie, une surface anisotrope est une surface qui change d’aspect lorsqu’on la fait tourner autour de sa normale géométrique, comme c’est le cas du velours.
Le filtrage anisotrope (AF) est une méthode permettant d’améliorer la qualité d’image des textures sur des surfaces éloignées et fortement inclinées par rapport au point de vue. Les anciennes techniques, telles que le filtrage bilinéaire et trilinéaire, ne tenaient pas compte de l’angle d’observation d’une surface, ce qui entraînait un flou des textures. En réduisant les détails dans une direction plus qu’une autre, ces effets peuvent être réduits.
Le filtrage anisotrope en infographie ne doit pas être confondu avec un « filtre anisotrope chimique », qui est utilisé pour filtrer les particules et a une signification différente. Ce terme est utilisé pour décrire un filtre dont les espaces interstitiels sont de plus en plus petits dans le sens de la filtration, de sorte que les plus grosses particules sont filtrées avant les plus petites. Ce type de filtre entraîne un plus grand débit et une filtration plus efficace.
Microfabrication
Les procédés de microfabrication utilisent des techniques de gravure anisotrope (telles que la gravure ionique réactive profonde) pour créer des caractéristiques microscopiques bien définies avec un rapport d’aspect élevé. Ces caractéristiques sont couramment utilisées dans les dispositifs MEMS et microfluidiques, où l’anisotropie des caractéristiques est nécessaire pour conférer des propriétés optiques, électriques ou physiques souhaitées au dispositif.
Médecine
L’anisotropie est également utile pour l’imagerie médicale par ultrasons. Lorsque l’angle du transducteur est modifié, on peut constater que l’échogénicité des tissus mous (comme les tendons) change.
En imagerie du tenseur de diffusion, les altérations de l’anisotropie peuvent indiquer des changements de diffusion de l’eau dans le cerveau, en particulier dans la substance blanche.
- Babuska, V., et M. Cara. 2001. L’anisotropie sismique dans la terre. Approches modernes en géophysique. Dordrecht, Pays-Bas : Kluwer Academic. ISBN 0792313216
- Kocks, U.F., C.N. Tomé, et H.-R. Wenk. 2001. Texture et anisotropie. New Ed ed. Cambridge, UK : Cambridge University Press. ISBN 052179420X
- Newnham, Robert E. 2005. Propriétés des matériaux : Anisotropie, symétrie, structure. New York : Oxford University Press. ISBN 0198520751
- Truszkowski, Wojciech. 2001. L’anisotropie plastique dans les monocristaux et les métaux polycristallins. Dordrecht, Pays-Bas : Kluwer Academic. ISBN 0792368398
Tous les liens ont été récupérés le 22 mars 2016.
- Sonde d’anisotropie micro-ondes Wilkinson NASA.
- Centre de ressources CND sur l’anisotropie et l’isotropie.
Crédits
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- Historique de l’anisotropie
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- Historique de « Anisotropie »
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