Ondes élastiques guidées dans des solides mous

Guided elastic waves in soft media

• Auteur / Autrice : Alexandre Delory
• Direction : Claire Prada, Antonin Eddi, Fabrice Lemoult
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 29/11/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Mathieu Pernot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Prada, Antonin Eddi, Fabrice Lemoult, Bruno Lombard, Michel Destrade, Jonathan Ashmore, Katia Bertoldi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Lombard, Michel Destrade

Mots clés

Mots clés libres

Ondes élastiques guidées

Solides mous

Viscoélasticité

Acousto-Élasticité

Ondes cochléaires

Interface spatio-Temporelle

Guided elastic waves

Soft solids

Viscoelasticity

Acousto-Elasticity

Cochlear waves

Space-Time interface

Résumé

Cette thèse de doctorat explore les ondes élastiques guidées dans les matériaux mous, en particulier les élastomères synthétiques comme l'Ecoflex qui imitent les propriétés des tissus humains. Elle vise à comprendre l'impact de la précontrainte sur les ondes guidées et leurs implications plus larges dans les processus physiologiques.Cette thèse couvre la mécanique, la vitesse des ondes élastiques et les diagrammes de dispersion dans des plaques et rubans mous. La rhéologie des matériaux est implémentée à l'aide d'une méthode semi-analytique, permettnat d'aligner les prédictions théoriques sur les résultats expérimentaux. La théorie acoustoélastique et la viscoélasticité sont combinés pour quantifier l'anisotropie induite dans une plaque fortement étirée et les courbes de dispersion des ondes guidées "in-plane" dans des rubans déformés.L'application en élastographie par ondes de cisaillement est étudiée pour améliorer la robustesse de cette technique d'imagerie médicale, en particulier pour les tissus allongés.Cette thèse permet le lien entre les matériaux mous et les tissus biologiques en examinant notamment les vibrations de la membrane basilaire dans la cochlée. En modélisant cette membrane comme un ruban fin, nous expliquons la discrimination de fréquence, i.e. la tonotopie, en évaluant la dispersion locale le long de la membrane.Dans le dernier chapitre, une interface spatio-temporelle est créée en appliquant une contrainte axiale croissante dans le temps, conduisant à des sauts de fréquence et de nombre d'ondes pour l'onde de flexion qui la rencontre. Cette recherche a donc des applications dans la manipulation des ondes.En résumé, cette thèse de doctorat se penche sur la propagation d'ondes élastiques guidées dans les matériaux mous, couvrant la théorie, les expériences et les applications pratiques dans divers domaines tels que l'imagerie médicale et la biologie.

This PhD thesis explores guided elastic waves in soft materials, particularly synthetic elastomers like Ecoflex that mimic human tissue properties. It aims to understand the impact of prestress on guided waves and their broader implications in physiological processes.The thesis covers mechanics, elastic wave velocities, and dispersion diagrams in soft plates and strips. Material rheology is addressed through a semi-analytical method, aligning theoretical predictions with experimental findings. The acoustoelastic effect and viscoelasticity are combined to quantify the induced anisotropy in a highly-stretched plate and the dispersion curves of in-plane guided waves in prestressed strips.The application of shear wave elastography is explored to improve medical imaging, especially for elongated tissues.The thesis further establishes connections between soft materials and biological tissues by examining the vibrations of the basilar membrane in the cochlea. Modeling this membrane as a thin strip, this thesis explains the frequency discrimination, i.e. the tonotopy, by evaluating the local dispersion along the strip.In the last chapter, a space-time interface is created by applying an increasing axial stress, leading to frequency and wavenumber changes for the flexural wave that crosses it. This research has applications in wave manipulation.In summary, this PhD thesis delves into guided elastic wave propagation in soft materials, covering theory, experiments, and practical applications in diverse fields such as medical imaging and biology.