Etude de l'influence des propriétés structurelles sur l'interaction fluide-structure des cordes vocales artificielles

Study of the influence of structural properties on the fluid-structure interaction of artificial vocal folds

• Auteur / Autrice : Mohammad Ahmad
• Direction : Annemie Van Hirtum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergétique, procédés
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Henda Djeridi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carlo Drioli, Ana Isabel Moreno Fernández
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jorge C. Lucero, Anna Barney

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actes de langage

Élasticité

Mots clés libres

Élasticité

Relations contraintes-Déformations non linéaires

Interaction fluide-Structure

Mesures expérimentales in-Vitro

Modelisation théorique

Parole

Elasticity

Nonlinear stress strain relations

Fluid-Structure interaction

In-Vitro experimental measurements

Theoretical modeling

Speech

Résumé

L'interaction fluide-structure entre le flux d'air pulmonaire et les tissus multicouches déformables des cordes vocales entraîne une auto-oscillation soutenue. Cette thèse vise à apporter trois contributions à la recherche sur l'auto-oscillation des cordes vocales. Tout d'abord, proposer et valider un modèle analytique pour le module d'Young effectif des composites silicone multicouches connaissant la rigidité et la géométrie de ses couches. Le modèle doit également prendre en compte les inclusions de forme arbitraire de toute taille incorporées dans des couches individuelles ou multiples. Deuxièmement, caractériser le comportement contrainte-déformation des composites silicone ML avec des relations à deux paramètres pour tenir compte de la gamme de déformation non linéaire. Des expressions analytiques du module d'Young linéaire à forte déformation et du début de déformation linéaire à forte déformation sont également formulées. Troisièmement, une étude expérimentale de l'influence d'une inclusion structurelle sur l'auto-oscillation des cordes vocales est réalisée. L'influence des paramètres structurels de répliques de cordes vocales normales et anormales sur la vibration est quantifiée. En effet, une telle contribution est particulièrement importante à long terme pour les expériences physiques (utilisant des répliques moulées déformables à base de silicone) présentant une variation systématique de l'élasticité simulant soit la variabilité intra et inter-speaker, soit une pathologie structurelle.

The fluid-structure interaction between lung airflow and deformable multi-layer vocal folds tissues results in sustained auto-oscillation. This thesis intends to make three contributions to vocal fold auto-oscillation research. Firstly, propose and validate an analytical model for the effective Young's modulus of multi-layer silicone composites knowing its layers' stiffness and geometry. The model must also account for arbitrary-shaped inclusions of any size embedded in single or multiple layers. Secondly, characterising the stress-strain behaviour of ML silicone composites with two-parameter relationships to account for non-linear strain range. Analytical expressions of the linear high-strain Young's modulus and the linear high-strain onset are also formulated. Thirdly, an experimental study of the influence of a structural inclusion on vocal folds auto-oscillation is performed. The influence of the structural parameters of normal and abnormal vocal folds replicas on vibration is quantified. Indeed, such a contribution is of particular importance in the long term for physical experiments (using deformable silicone-based molded replicas) featuring systematic elasticity variation simulating either intra- and inter-speaker variability or structural pathology.