Propagation d’ondes de cisaillement cohérentes dans un matériau multi-diffusant à résonances dipolaires locales

Propagation of coherent shear waves in a multiple scattering media with dipolar local resonances

• Auteur / Autrice : Alverède Simon
• Direction : Régis Wunenburger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique physique
• Date : Soutenance le 27/11/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Tourin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francine Luppé, Thomas Brunet, Jean-Louis Thomas, Tony Valier-Brasier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Roux, Valentin Leroy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance

Mécanique des fluides

Ondes de cisaillement

Mots clés libres

Ondes

Cisaillement

Diffusion

Résonance

Mesures

Caractérisation

Waves

Shear

Scatterring

Résumé

L’objet de la thèse est l’étude de la propagation d’ondes de cisaillement cohérentes dans un mi-lieu élastique contenant une dispersion de billes denses. Dans ce système existent des résonances de corps rigide sub-longueur d’onde des diffuseurs, en translation et en rotation, qui s’accompagnent d’une diffusion dipolaire d’ondes transverses. Un modèle issu de la mécanique des fluides di-phasiques est adapté au cas d’une matrice solide pour décrire la propagation d’ondes transverses et longitudinales dans le système étudié. Les résultats sont en accord avec des modèles de diffusion multiple sous l’Independant Scattering Approximation en régime grande longueur d’onde. D’autre part, une méthode de mesure d’ondes élastiques originale, basée sur l’acquisition d’interférences de Fabry-Pérot dans un multi-couche, est développée afin de sonder des échantillons fins et atténuants. Grâce à ce dispositif, les coefficients de réflexion et de transmission d’échantillons, tout d’abord de matériaux homogènes viscoélastiques, puis de résine époxy chargée de billes denses, sont évalués de manière absolue. La vitesse et l’atténuation effective de ces matériaux sont obtenues grâce à la résolution d’un problème inverse. Ces paramètres présentent les signatures des résonances de corps rigide qui se caractérisent par une importante dispersion de la vitesse effective couplée à un intense pic d’atténuation. Le dispositif permet aussi de déterminer la masse volumique effective de la dispersion, où seul l’effet de la résonance en translation est observée. Enfin, les influences de la concentration et de la microstructure sont analysées afin d’optimiser les paramètres effectifs de ces matériaux.

The subject of the thesis is the study of the propagation of coherent shear waves in an elastic medium containing a dense beads dispersion. This system exhibits subwavelength rigid body resonances of the diffusers, in translation and in rotation, which are accompanied by a large dipole scattering of transverse waves. A model derived from the diphasic fluids mechanics is suitable for the case o fa solid matrix to describe the propagation of transverse and longitudinal waves in this system. The results are in quantitative agreement with multiple scattering models under the Independent ScatteringApproximation in the long wavelength regime. Next, an original elastic wave measurement method is developed in order to probe thin and attenuating materials and is based on the acquisition of Fabry-Perot interferences in a multi-layer medium. Thanks to this device, the reflection and transmission coefficients of homogeneous viscoelastic samples, and then of epoxy resin loaded with dense beads, are evaluated. The effective velocity and attenuation of the waves propagating in these materials are obtained by solving an optimisation problem. The result present the signatures of the particles rigid body resonances which are characterized by a large dispersion of the effective velocity coupled with a strong attenuation peak. The device also permits to determine the effective density of the bead dispersions, where only the effect of translational resonance is observed. Finally, the influences of the volume fraction and the microstructure are analyzed in order to optimize the effective parameters of these materials.