Modulation spatio-temporelle d'un cristal phononique piézoélectrique : expériences et simulations en régimes subsonique, sonique et supersonique
Auteur / Autrice : | Sarah Tessier Brothelande |
Direction : | Bertrand Dubus |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Acoustique |
Date : | Soutenance le 12/12/2022 |
Etablissement(s) : | Université de Lille (2022-....) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie |
Jury : | Président / Présidente : Olivier Bou Matar-Lacaze |
Examinateurs / Examinatrices : Charles Croënne, Sarah Benchabane, Marie-Fraise Ponge, Vincent Pagneux | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Morvan, Fabrice Lemoult |
Mots clés
Résumé
La propagation d'ondes dans des milieux dont les paramètres matériaux sont modulés de manière spatio-temporelle est largement étudiée depuis plusieurs années. Néanmoins, des réalisations expérimentales simples peinent à voir le jour, des modifications à la fois notables et rapides des paramètres étant difficiles à obtenir. Cette thèse s'intéresse à des cristaux phononiques piézoélectriques modulés permettant d'éviter cet écueil. En effet, il est possible dans ce type de système d'influencer la propagation des ondes acoustiques en modulant simplement les conditions électriques sur un ensemble d'électrodes. La modulation s'effectuant sur des conditions électriques, il est possible de la contrôler à travers des circuits électriques, simplifiant ainsi sa mise en place expérimentale et permettant d'atteindre des vitesses de modulation élevées. Les effets ainsi générés sont semblables à ceux observés pour une modulation des paramètres matériau. Par exemple, un décalage continu d'un ensemble de conditions de mise à la masse permet d'obtenir un comportement non-réciproque et des bandes interdites de Bragg directionnelles, typiques des milieux à modulations spatio-temporelles.Une étude expérimentale est menée sur un cristal phononique composé d'un assemblage d'anneaux piézoélectriques séparés par des électrodes. Les électrodes de l'assemblage peuvent être reliées à la masse ou laissées en condition de potentiel flottant. Des premières mesures par vibrométrie et par relevés de potentiels électriques permettent de vérifier l'apparition de bandes interdites lorsque les électrodes sont reliées à la masse périodiquement. Ces résultats expérimentaux sont confrontés à des simulations par éléments finis pour préciser l'interprétation des différents effets observés.Les mises à la masse périodiques sont ensuite décalées dans le temps à des vitesses de modulation subsoniques. L'évolution des courbes de dispersion avec la vitesse de modulation est analysée et de nouveau comparée à des résultats de simulations par éléments finis incluant la modulation. Les expériences permettent de constater un décalage asymétrique des bandes interdites et ainsi une propagation non-réciproque des ondes élastiques.La propagation des ondes dans le système est ensuite étudiée pour des vitesses de modulation plus rapides, correspondant successivement à des régimes sonique et supersonique. L'étude des courbes de dispersion pour des vitesses correspondant au régime sonique permet de constater des interactions entre plusieurs modes de propagation.