Caractérisation de matériaux en acoustique sous-marine à l'aide de la mesure en cuve de panneaux de dimensions finies

Characterization of materials employed in underwater acoustics using the measurements of reflected and transmitted coefficients of finite sized panels in test tank

• Auteur / Autrice : Christian Giangreco
• Direction : Peter Wagstaff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique Appliquée et Matériaux
• Date : Soutenance en 1990
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transformations de Fourier

Équation d'Helmholtz

Modèles mathématiques

Réflectance

Acoustique sous-marine

Mots clés libres

Coefficient de réflexion

Coefficient de transmission

Méthode de mesure

Modélisation

Résumé

L'utilisation de matériaux en acoustique sous-marine nécessite la connaissance de leurs caractéristiques acoustiques. Pour ce faire, on peut mesurer les coefficients de réflexion et de transmission complexes de panneaux. En pratique, les mesures sont perturbées par les phénomènes de diffraction dus à la taille finie du panneau. On étudie dans ce mémoire des méthodes de mesure qui conduisent aux caractéristiques intrinsèques du matériau, comme si le panneau était de largeur infinie. En incidence normale, on propose l'emploi d'un capteur surfacique. Différentes techniques (mesure de pression, intensimétrie, impédance), ainsi que l'effet de la taille et de la position du récepteur, sont étudiés numériquement à l'aide d'un modèle théorique fondé sur l'équation intégrale de Helmholtz. On établit une limite basse en fréquence des mesures avec un panneau de dimensions latérales données : la taille du panneau doit être plus grande qu'une longueur d'onde dans l'eau du signal d'excitation pour considérer les mesures comme significatives. Les résultats expérimentaux obtenus avec un capteur surfacique en PVDF confirment les prévisions du modèle numérique. Cette méthode est maintenant appliquée couramment au GERDSM jusqu'à 16 kHz, fréquence limite imposée par la non-transparence du capteur. Pour les fréquences supérieures à 16 kHz, on étudie la faisabilité d'une méthode de mesure utilisant un signal de courte durée et un capteur ponctuel que l'on déplace pour qu'il décrive une surface S parallèle au panneau. Pour réduire le nombre de points de mesure, on les choisit de manière pseudo-aléatoire. En incidence oblique les coefficients de réflexion et de transmission sont évalués à partir d'un champ incident arbitraire excitant le panneau. Les champs incidents, réfléchis et transmis sont modélisés comme la somme d'ondes planes élémentaires et harmoniques. On détermine l'amplitude de chaque composante en échantillonnant spatialement les champs de pression et en appliquant des transformées de Fourier. A l'aide du modèle fondé sur l'équation intégrale de Helmholtz, on étudie différents types d'excitation à bande large dans l'espace des nombres d'onde et on met en évidence les conditions nécessaires que doivent posséder les excitations pour ce type de mesure. On montre, en particulier, que l'emploi d'une source ponctuelle produit une erreur systématique due à la taille finie des antennes de mesure. On présente des résultats expérimentaux obtenus sur des panneaux homogènes et non-homogènes qui établissent la faisabilité de la méthode de mesure.