Academic literature on the topic 'Métamatériaux sismiques'

Les physiciens des ondes élaborent des modèles théoriques et numériques pour un contrôle accru de la lumière dans des matériaux structurés à l’échelle nanométrique et s’en inspirent pour contrôler les ondes mécaniques de Rayleigh dans des sols structurés à l’échelle métrique, avec des trous dans un sol ou des arbres en surface savamment agencés. Un transfert de paradigme s’opère entre les métamatériaux électromagnétiques pour la photonique et les métamatériaux sismiques pour le génie civil.

Dans un premier temps nous nous consacrerons à l'étude des métamatériaux créés par transformation géométrique pour le cas de l'équation de Helmholtz. C'est le cas de figure le plus étudié jusqu'à présent avec de nombreux résultats théoriques validés. Nous présenterons ici une méthode générale combinant théorie de l'homogénéisation et algorithme génétique permettant de déterminer les paramètres géométrique et physique de la cellule élémentaire qui sera utilisée pour approximer les propriétés du matériau transformé. Le deuxième chapitre de ce manuscrit sera dédié à l'étude de l'équation de Kirchhoff - Love. Cette équation a successivement été présentée comme invariante puis non invariante par transformation géométrique. Le dernier résultat démontrant son caractère non invariant comporte néanmoins quelques incohérences sur le plan énergétique. Nous reviendrons sur ce point et nous proposerons une approche énergétique qui s'affranchit de ces problèmes d'incohérence. Enfin, nous nous intéresserons aux métamatériaux sismiques via une approche expérimentale. En utilisant des instruments de mesures de dernière génération nous sommes parvenus à explorer en laboratoire un nouveau type d'interaction entre des ondes de surface se propageant dans un substrat rocheux en présence d'un réseau de tiges en métal en surface. Cette expérience suggère la possibilité de filtrer des ondes sismiques à grande échelle en terrains durs
First a general process is proposed to experimentally design anisotropic inhomogeneous metamaterials obtained through a change of coordinate in the Helmholtz equation. The method is applied to the case of a cylindrical transformation that allows to perform cloaking. To approximate such complex metamaterials we apply results of the theory of homogenization and combine them with a genetic algorithm. To illustrate the power of our approach, we design three types of cloaks composed of isotropic concentric layers structured with three types of perforations: curved rectangles, split rings and crosses. These cloaks have parameters compatible with existing technology and they mimic the behavior of the transformed material.Then we focus on elastic waves, espcially plate waves. Controlling elastic waves in plates is a major challenge previously addressed without energy considerations. We propose an energy approach for the design of plate cloaks, which prevents any unphysical features. Within this framework, it is shown that the Kirchhoff-Love equation for anisotropic heterogeneous plates is form invariant for a class of transformations with a vanishing Hessian. This formalism is detailed and numerically validated with three-dimensional simulations in the time domain. Finally we performed a lab scale experiment studying the interaction between surface wave propagating in rock and a network of resonators made of aluminium rod. Using high precision mesurement methods we managed to give new insights on this type of interactions

Les métamatériaux sismiques (SMs) permettent de protéger les bâtiments en atténuant et en contrôlant efficacement les ondes sismiques. Les SM peuvent atténuer les ondes sismiques qui se propagent vers les bâtiments, protégeant ainsi la vie et les biens des personnes. Compte tenu des risques multiples et élevés des tremblements de terre, ainsi que de certains inconvénients qui ne peuvent être ignorés dans les isolations sismiques, les SM ont montré des perspectives d'application. Plusieurs métamatériaux sismiques ont été conçus dans cette thèse pour isoler les ondes sismiques de Rayleigh. Ces métamatériaux peuvent atténuer les ondes sismiques de Rayleigh dans la gamme des basses fréquences et des ultra-basses fréquences, afin de protéger les bâtiments construits par l'homme et de réduire les dommages causés par les tremblements de terre. Ce travail fournit non seulement de nouvelles approaches pour contrôler les ondes sismiques de surface à ultra-basse fréquence, mais aussi de nouvelles idées de conception pour la direction des ondes de surface
The seismic metamaterials (SMs) make it possible to protect buildings in a way of efficiently attenuating and effectively controlling seismic waves. The SMs can attenuate seismic waves on the way of propagating to buildings, thereby protecting people's lives and property. Considering the multiple and high hazard of earthquakes, as well as some disadvantages that cannot be ignored in the seismic isolations, SMs have shown the application prospects. Several SMs are design in this thesis for isolating seismic Rayleigh waves. These SMs can attenuate seismic Rayleigh waves in the wide-low-frequency range and ultra-low frequency range, to protect man-made buildings and reduce the damage of earthquakes. This work not only provides new approaches for controlling seismic surface waves at ultra-low frequency, but also provides new design ideas for steering surface wave

L'interférométrie de bruit ambiant est une approche pour estimer la réponse impulsionnelle entre deux récepteurs sans source active. Cette thèse contribue à l'évaluation de la robustesse et de la précision de la reconstruction de la fonction de Green par la corrélation du bruit ambiant dans les milieux réverbérants. Plus précisément, on distingue les rôles respectifs de la partie balistique et coda des signaux dans les corrélations. Ensuite, nous nous concentrons sur un milieu réverbérant incluant un diffuseur. Nous estimons de manière passive la force du diffuseur en utilisant l'interférométrie du bruit ambiant. Dans la dernière partie de ce travail, nous nous concentrons sur un milieu réverbérant contenant les inclusions résonantes. Notre but est d'évaluer le comportement de la corrélation dans ce type de milieu. Nous avons construit un de ces matériaux au laboratoire qui est constitué des tiges verticales à la surface d'une plaque mince élastique. Nous trouvons que les différents comportements sont bien cohérents avec les régimes qui correspondent à la bande de propagation ou interdite. Comme la partie sismique, nous appliquons la technique de corrélation aux données réelles récupérées lors de l'expérience METAFORET. Nos résultats sont sont en accord avec le comportement diffusant des arbres dans les gammes de fréquence correspondante
Ambient-noise interferometry is an approach to estimate the transient response between two receivers without an active source. The method consists of cross-correlating recordings of ambient vibrations at a pair of passive instruments that act only as receivers. This dissertation contributes to evaluating the robustness and accuracy of Green's function reconstruction by cross-correlation of noise, disentangling the respective roles of ballistic and reverberated ('coda') signals. We focus our study on a strongly reverberating medium. We conduct a suite of experiments on a highly reverberating thin duralumin plate. We find that the coda of the arrivals contribute the most to retrieval of the Green's function. We also develop an analytical model that predicts the dependence of symmetry of the cross-correlations on the number of sources. Next, we focus on a reverberating medium with a scatterer. We passively estimate the scattering strength of the scatterer by implementing ambient-noise interferometry. In the last part, we focus on a reverberating medium with locally resonant scatterers which acts as a metamaterial. Our objective is to assess the behaviour of the cross-correlation in such a medium. We build an example of such materials in the laboratory by attaching an array of rods, arranged in a sub-wavelength order, to the surface of a thin elastic plate. We find different behaviours which are consistent with the regimes that correspond to propagation band and bandgap. We next apply the cross-correlation technique to the real data obtained in METAFORET experiment. Our findings are consistent with the resonating behaviour of trees at the corresponding frequency bands