Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Sous-Marine et ultrasonore“

Anglo-French Physical Acoustics Conference (AFPAC) 2024 17 to 19 January 2024 Lodge on Loch Lomond Hotel, Luss, Scotland The Anglo-French Physical Acoustics Conference (AFPAC) is organised by the IOP Physical Acoustics Group, IOP Medical Physics Group, Le Groupe d’Acoustique Physique and the Sous-marine et UltraSonore (GAPSUS) of the Société Française d’Acoustique (SFA). AFPAC provides a forum in which the current research activity in physical acoustics and ultrasonics is reviewed. The scope for this conference is intentionally wide to encourage cross-fertilisation of ideas across different application areas in the field of physical acoustics. Topics include, but are not limited to: theoretical developments (all methods); experimental measurements; transduction; linear or nonlinear elastic or acoustic (bulk, surface, guided) wave radiation, propagation, scattering and reception; application to material characterisation, biomedical ultrasound, imaging (nondestructive testing, medical, underwater, seismology), SAW in electronic devices etc. This year AFPAC is additionally organised with the IOP Medical Physics group and includes sessions focussed on Biomedical ultrasound, spanning both medical imaging and therapy. We are also pleased to announce two invited speakers from the field of biomedical ultrasound: Professor Gail ter Haar from the Institute of Cancer Research and Professor Nader Saffari from University College London. Committee: • Theodosia Stratoudaki, University of Strathclyde, UK (IOP - Physical Acoustic Group) • Emma Harris, Institute of Cancer Research (ICR), UK (IOP - Physical Acoustic Group) • Nader Saffari, University College London, UK (IOP - Physical Acoustic Group) • Peter Huthwaite, Imperial College London, UK (IOP - Physical Acoustic Group) • Paul Prentice, University of Glasgow, UK (IOP - Physical Acoustic Group) • Helen Mulvana, University of Strathclyde, UK (IOP - Physical Acoustic Group) • Samuel Raetz, Le Mans University, France (SFA - GAPSUS) • Alain Lhémery, CEA Paris-Saclay, France (SFA - GAPSUS) Dr Bahadar Bhatia, Sandwell and West Birmingham NHS Foundation Trust, UK (IOP – Medical Physics Group) • Dr Caryl Richards, University of Leicester, UK (IOP – Medical Physics Group)

L'analyse de la diffusion acoustique est un outil important pour l'imagerie et la caractérisation. Les applications concernent le contrôle non-destructif, l'imagerie médicale ou l'acoustique sous-marine. La méthode employée dans ce manuscrit est la Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel ou méthode DORT. Elle consiste à étudier les invariants du Retournement Temporel. Pour un réseau donné de transducteurs, ceux-ci correspondent aux vecteurs singuliers obtenus par décomposition en valeur singulières de la matrice K des réponses inter-éléments du réseau. Chaque vecteur est associé à une valeur singulière. La méthode DORT est ici utilisée pour caractériser différents objets élastiques : cylindre, tube, sphère et deux cylindres. Le formalisme de décomposition du champ diffusé en modes normaux de vibrations ou harmoniques, permet de déterminer les invariants du Retournement Temporel théoriques. Il est alors possible de réduire le problème de dimension N, le nombre de transducteurs du réseau, à un problème de dimension d'ordre 2k0a+1, où a est la dimension caractéristique de l'objet et k0 le nombre d'onde dans le fluide environnant. Cette approche fournit des expressions analytiques des valeurs singulières, notamment dans la limite petit objet (k0a < 0,5) et dans la limite de Rayleigh (2a inférieur à la tache de focalisation). Ces résultats, bien vérifiés expérimentalement, sont en accord avec le point de vue qui prévalait jusqu'alors : pour un petit diffuseur, il existe une valeur singulière principale associée au vecteur singulier focalisant de façon isotrope sur l'objet. De plus, les analogies avec l'électromagnétisme à deux dimensions sont également présentées. [Une version augmentée et corrigée de la thèse est disponible sous forme d'ouvrage (EUE septembre 2010). La diffusion des cylindre et sphère fluides a été corrigée. La diffusion acoustique de la sphère élastique creuse a été ajoutée. Le formalisme des modes projetés cylindriques a été adapté au cas sphérique. Les références ont été également mises à jour.]

La transmission de données dans le milieu sous-marin et plus précisément une transmission d'images qui nécessite un grand débit d'information se fait généralement par l'intermédiaire d'un câble électrique. Cependant, au cours des deux dernières décennies de nombreux chercheurs et utilisateurs potentiels se sont beaucoup intéresses aux moyens de s'affranchir de celui-ci, qui présente certaines contraintes techniques et opérationnelles non négligeables, dans les transmissions sous-marines. L'examen comparatif des techniques ou moyens physiques susceptibles d'être appliqués dans le domaine sous-marin pour cette utilisation est incontestablement en faveur des ondes sonores, de préférence aux ondes électromagnétiques et optiques, trop limitées en portée par l'absorption et la diffusion du milieu. Cependant, la liaison acoustique présente comme principal inconvénient d'avoir une onde passante limitée. Les considérations, objets de cette étude portent donc principalement sur l'optimisation du système de transmission au niveau de la quantité minimale d'informations à transmettre sans dégradation notable de l'image. Avant de passer en revue les procédés de codage d'images les plus représentatifs et les mieux adaptés à notre problème, nous avons été amenés à examiner le système sous l'aspect purement acoustique afin de définir en particulier la valeur optimale de la fréquence porteuse (au niveau rapport signal à bruit) dont dépend en premier lieu la bande passante disponible. Nous avons ensuite étudié l'influence des erreurs de transmission ,(dues en grande partie aux trajets multiples) sur le format du message codé et développé en temps réel (sur microprocesseur Motorola 68 000) la partie codage décodage de la chaîne de transmission. Les cadences d'images obtenues sont d'une image toutes les 1,4 secondes.

La pression acoustique diffusée par des tubes de longueur finie, immergés dans l'eau, est analysée expérimentalement et théoriquement dans les espaces de Fourier. La signature, spectrale et temporelle, de tels objets est interprétée en termes de résonance et de propagation d'ondes de surface. Les diffuseurs sont en acier inoxydable, de rapports des rayons interne sur externe égaux à 0,83 et 0,97. Ils sont excités en champ lointain par des signaux ultrasonores large bande, pour des angles d'incidence compris entre 0° (incidence normale par rapport à l'axe principal des objets) et 50°. Les résonances présentes dans les réponses spectrales rétrodiffusées, relatives aux ondes hélicoïdales S0 et T0, sont identifiées. Les modes de vibration associés sont déterminés expérimentalement en utilisant deux dispositifs de mesure bistatiques. Un premier montage, où le transducteur récepteur tourne dans un plan perpendiculaire à l'axe du tube, conduit à l'identification des modes circonférentiels (n) ; un second montage original, où le récepteur se déplace parallèlement à l'axe de l'objet, permet d'identifier les modes axiaux (m). Ces résultats sont en accord avec ceux obtenus à l'aide d'une approche théorique modale hybride combinant la théorie de l'élasticité et l'intégrale de diffraction de Kirchhoff. Ces informations (fréquence de résonance, n, m) permettent d'évaluer la vitesse de phase et l'angle de propagation de l'onde correspondante. On réalise ainsi l'identification complète des résonances de l'objet (nature de l'onde, n, m). Chaque résonance, manifestation d'un mode propre de l'objet limité sélectionné par les conditions d'excitation, est observée à une seule fréquence pour plusieurs angles d'incidence voisins. Un modèle géométrique décrivant le parcours hélicoïdal des ondes sur le tube permet l'analyse des réponses temporelles. Les temps auxquels les échos sont observés, sont associés à des trajets de l'onde T0. L'influence des dimensions des objets (longueur et diamètre) sur la rétrodiffusion est ainsi étudiée. L'approche géométrique permet également de considérer les effets liés à la présence d'un disque radial dans les tubes : le rôle de l'onde A (onde d'interface) devient prédominant.

Un métaréseau est un assemblage périodique de diffuseurs conçu pour réfléchir ou réfracter une onde vers une direction anormale, non prévue par les lois de Snell-Descartes. Dans ce travail, nous avons conçu, fabriqué et caractérisé expérimentalement de tels métaréseaux pour le contrôle des ondes ultrasonores dans l’eau, en utilisant des tubes et des cylindres en laiton ainsi que des supports plastiques imprimés en 3D. Ces métaréseaux permettent de rediriger un front d'onde incident vers une direction arbitraire souhaitée, avec une efficacité élevée (proche de 100 %), aussi bien en réflexion sur une surface (comme l’interface eau/air) qu'en transmission. L’approche théorique repose sur les principes de la diffraction de Bragg et sur les interactions constructives et destructives des ondes. Les résultats de cette thèse démontrent l'efficacité des métaréseaux à induire des phénomènes acoustiques tels que la rétro-réflexion et la réponse asymétrique, grâce à l’utilisation de structures résonantes et non résonantes, validées par des simulations par éléments finis et des expérimentations. Cette recherche ouvre de nouvelles perspectives pour la manipulation des ondes acoustiques sous-marines, avec des applications potentielles dans les domaines de la détection, de l'absorption et de la réflexion des ondes en milieu marin
A metagrating is a periodic assembly of scatterers designed to reflect or refract a wave toward an anomalous direction, not predicted by Snell's law. In this work, we designed, fabricated, and experimentally characterized such metagratings for the control of ultrasonic waves in water, using brass tubes and cylinders as well as 3D-printed plastic supports. These metagratings enable the redirection of an incident wavefront to an arbitrarily desired direction with high efficiency (close to 100%), both in reflection on a surface (e.g., the water/air interface) and in transmission. The theoretical approach is based on the principles of Bragg diffraction and constructive and destructive wave interactions. The results of this thesis demonstrate the efficiency of metagratings in inducing acoustic phenomena such as retroreflection and asymmetric wave response, achieved through the use of resonant and non-resonant structures, validated by finite element simulations and experiments. This research opens new perspectives for the manipulation of underwater acoustic waves, with potential applications in the fields of wave detection, absorption, and reflection in marine environments