Дисертації з теми "Métamatériaux – Propriétés acoustiques – Propriétés mécaniques"
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Terroir, Arthur. "Étude et réalisation de métamatériaux acoustiques architecturés." Thesis, Université de Lille (2022-....), 2022. http://www.theses.fr/2022ULILN008.
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Dans le cadre de l'acoustique sous-marine, la détection de bâtiments est aujourd'hui un sujet largement étudié. Les revêtements de coques permettent d'échapper à cette détection mais il est nécessaire d'améliorer leurs performances pour suivre le développement des systèmes SONAR, en particulier pour les basses fréquences.Les métamatériaux sont utilisés dans ce but pour leurs propriétés de filtrage fréquentiel et de résonance locale. Cependant une autre stratégie consiste à s'intéresser aux métamatériaux architecturés permettant l'obtention de propriétés mécaniques hors du commun, par exemple un coefficient de Poisson anti-auxétique, c’est-à-dire supérieur à 0,5.Dans cette thèse, une structure permettant d'obtenir de tels coefficients de Poisson est étudiée, dans le cas de volumes infinis puis adaptée au cas de plaques d'épaisseur finie, par des outils numériques basés sur la simulation éléments finis. Une méthode d'homogénéisation dans la limite des grandes longueurs d’onde est développée à partir des outils numériques en exploitant les courbes de dispersion et est utilisée pour obtenir les propriétés effectives de la structure aussi bien en volume qu'en plaque. Dans le cas de la plaque, le modèle est adapté afin de prendre en compte une densité matricielle. La structure en plaque est ensuite caractérisée en statique par des essais en traction et en dynamique par l'identification des modes de flexion. Ces tests permettent de mettre en évidence les limites de validité du modèle d’homogénéisation. Enfin, des revêtements sont conçus à partir de la structure architecturée pour répondre aux objectifs de performances fixés, notamment en basses fréquences, pour la furtivité sous-marine. Plusieurs panneaux sont alors proposésIn the framework of underwater acoustics, detection of submerged vehicles is widely studied. Hull coatings are used to avoid such detection. Due to the enhancement of SONAR system low frequency performance, hull coatings must be improved.Acoustic metamaterials can be useful for this purpose thanks to their stop-band effect and local resonances. Alternatively, other types of metamaterials can be explored. A novel approach consists in exploring architectured metamaterials allowing outstanding mechanical properties, such as anti-auxetic Poisson's ratios greater than 0.5.In this thesis, a structure exhibiting anti-auxetic Poisson's ratios is studied using the finite element method. The study is conducted on the one hand for infinite volumes and on the other hand for finite thickness plates. An homogenization method is developed to obtain the effective properties of the structure in the low frequency domain using numerical tools based on the structure’s dispersion curves. The effective properties are determined for both infinite volumes and finite plates. Those determined in the case of plates are adapted in order to take into account an anisotropic density. The plates are then characterized experimentally using two methods. First a static characterization is performed through a tensile test. Then a dynamic characterization through an identification of the flexural modes is conducted. Those measurements allow to define limits of validity for the homogenization model. Finally, hull coatings based on the architectured structure are designed in order to reach the performance objectives for underwater stealth, mainly in low frequency. Several panels are then proposed
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Hemar, Yacine. "Propriétés mécaniques et acoustiques des mousses et des emulsions concentrées." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1995. http://www.theses.fr/1995STR12124.
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Deverge, Mickaël. "Propriétés mécaniques et rhéologiques des mousses de polymères réticulés." Le Mans, 2006. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2006/2006LEMA1008.pdf.
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L'utilisation des mousses de polymères réticulés gagne de plus en plus de terrain, notamment pour l'absorption acoustique. Ce travail présente de nouvelles approches pour la caractérisation de ces matériaux, possèdant un comportement en hystérésis avec 3 zones distinctes. Tout d'abord le comportement linéaire est présenté sur une large gamme de fréquences grâce à l'application du principe de Superposition Temps-Température (TTS). 2 aspects sont ainsi mis en évidence: une faible portion du squelette participe à la transmission de la contrainte, et le module élastique à fréquence nulle décroît avec la taille des pores. Ensuite une extension de la théorie Preisach issue du magnétisme est présentée pour de grandes déformations: l'hystérésis est ainsi modélisée à partir d'une distribution d'hysterons microscopiques. Enfin, 2 mécanismes de relaxation de ces mousses sont distingués. La relaxation principale réduit les contraintes par réarrangement topologique des poutres de la mousseThe use of cross-linked polymer foams gains ground more and more, particularly for acoustic absorption. This work present new approaches for the characterization of these materials, which have a behavior in hysteresis with 3 distinct zones. First the linear behavior is presented on a large frequency band with the application of the Time-temperature Superposition (TTS) principle. 2 aspects are thus shown: a weak portion of the skeleton takes part in the stress transmission, and the elastic modulus at null frequency decrease with the pore size. Then an extension of the magnetism Preisach's theory is presented for great deformations: hysteresis is thus modelled starting from a distribution of microscopic hysterons. Lastly, 2 compressive relaxation mechanisms are distinguished. Principal relaxation decreases stress by topological rearrangement of the foam beams
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Allemon, Pascal. "Etude du comportement acoustique et vibratoire de matériaux perforés et poreux : application à l'utilisation de matériaux granulaires recyclés dans la fabrication de panneaux absorbants." Artois, 1997. http://www.theses.fr/1998ARTO0201.
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Ce travail porte sur le comportement acoustique et vibratoire de matériaux poreux et perforés. Dans la 1ère partie, les différents aspects de la modélisation de la propagation des ondes acoustiques dans les milieux poreux, à matrice rigide, saturés d'air, sont énumérées. Ces modèles sont repris pour traiter et caractériser le comportement acoustique de panneaux multicouches absorbants, à parement perforés. Plusieurs types d'associations "Poreux-Tôle perforée" sont considérés pour mettre en évidence le rôle de chaque constituant. Le cas particulier de résonateurs couplés, constitués uniquement d'un assemblage de tôles perforés, est abordé. Ces différents comportements étant rappelés, des matériaux poreux de remplacement originaux, issus du broyage de matériaux recyclés sont utilisés dans la conception de ces panneaux absorbants à parement perforés. Il est montré que ces matériaux granulaires pulvérulents ont des propriétés acoustiques étroitement liées à la classe granulométrique employée et donc à la répartition de la taille des pores. Ils peuvent, parfois, avantageusement substituer les laines minérales habituellement utilisées. La 2nde partie porte sur l'étude des caractéristiques mécaniques et sur le comportement vibratoire de plaques métalliques perforées. Les constantes élastiques de celles-ci sont calculées à partir de celles de la tôle pleine par le biais de la théorie de Meijers. Le comportement vibratoire de ces tôles peut être prévu. Ceci est confirmé par la confrontation avec les résultats d'une expérience simple : la mesure de l'impédance mécanique ponctuelle d'un disque à bord libre excité en son centre, et par l'observation des déformés, pour différents modes de vibration, sur clichés obtenus par interférométrie holographique par double expositionThe purpose of this work is to study the acoustical behaviour and the vibration response of porous and perforated materials. In this first part, different aspects of the prediction of sound propagation in rigid frame air-saturated porous materials are listed. Then, these models are used to treat and determine the acoustical properties of absorptive multi-layer panels with a perforated facing. Various associations "Porous materials-Perforated metal sheet" are considered to highlight the contribution of each element. The particular case of coupled resonators, only made of several associated perforated metal plates, is tackled. Original porous materials of replacement, issued from crushed recycled materials (tyres, plastic bottles. . . ) are used in the design of these absorptive panels with a perforated facing. It is shown that these pulverulent granular materials, mechanically stronger, have acoustical properties closely linked to the grading class used and consequently to the pore size dsitribution. Incertain cases, they can attractively replace mineral wools commonly used. The second part of this work considers the mechanical characteristics and the vibration behaviour of perforated metal sheets. With the help of Meijers's theory, the elastic constants are calculated from those of the solid plate. Then, the vibration response of these metal sheets can be anticipated. This is confirmed on the one hand, by comparing theoretical results to those obtained from a simple experiment (the measurement of the driving-point impedance of a free boundary circular plate driven at its midpoint) and on the other hand, by observing transverse displacements for different modes of vibration, on photographs obtained by double exposure holographic interferometry
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Miksic, Amandine. "Étude des propriétés mécaniques et acoustiques d'un milieu granulaire sous chargements cycliques." Phd thesis, Université Paris-Est, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00350277.
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Ce travail porte sur la caractérisation, par une méthode acoustique, du comportement mécanique d'un milieu granulaire sous chargement cyclique. La propagation d'ondes ultrasonores, à travers le réseau des contacts supportant les efforts dans l'échantillon, permet de sonder les propriétés viscoélastiques de ces milieux hétérogènes. Dans une première partie, nous étudions le comportement visco-élasto-plastique d'un empilement de billes de verre lors d'un essai oedométrique. Nous examinons en particulier le tassement, ou la déformation résiduelle, et la dissipation hystérétique, en fonction du nombre de cycles, du taux de déformation et de l'état de surface des billes. Nous montrons que les modules déduits des donnés mécaniques (déformation e ~ 10?4-10?³) sont dix fois plus petits que ceux obtenus par les mesures acoustiques (e ~ 10?7) à cause de la réponse non linéaire du milieu. Dans une seconde partie, nous nous intéressons au fluage et à la relaxation de contrainte du milieu. L'originalité de cette étude est le suivi par la mesure de la vitesse du son, qui présente une augmentation de type logarithmique dans les deux types d'essais. Le modèle basé sur la mécanique des microcontacts entre grains rugueux décrit bien nos résultats expérimentaux
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Lagarrigue, Clément. "Métamatériaux performants dans la gamme des fréquences audibles : simulations et validations expérimentales." Thesis, Le Mans, 2013. http://www.theses.fr/2013LEMA1037/document.
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Depuis plusieurs dizaines d’années, les cristaux photoniques et phononiques font l’objet d’études poussées notamment enoptique, électromagnétisme et en acoustique. Ces Métamatériaux, constitués de diffuseurs périodiques, ont despropriétés impossibles à observer pour des matériaux usuels et peuvent par exemple, courber les rayons où interdire latransmission des ondes sonores sur certaines gammes de fréquences (bandes interdites). En agissant sur lescaractéristiques géométriques du cristal il est possible de combiner les pertes en transmission liées à la période, à deseffets de résonances plus basses fréquences liés aux diffuseurs (rigide, résonnant...) et obtenir des coefficients de transmission quasi nuls, où d’absorption quasi totale sur de larges bandes de fréquences. Deux métamatériaux sont étudiés, visant à trouver des solutions alternatives à des problématiques rencontrées en acoustique et utilisant un réseau périodique d’inclusions résonantes. Le premier est un cristal sonique utilisé comme barrière acoustique et créé à l’aide de cannes de bambou percées comportant des pertes en transmission basses fréquences. Le second est un panneau de matériau poreux enfermant des inclusions résonantes et offrant une absorption acoustique quasi totale pour des longueurs d’ondes jusqu’à 10 fois supérieures à l’épaisseur du matériau. Les comportements de ces deux dispositifs ont été étudiés théoriquement, expérimentalement et numériquement via plusieurs méthodes qui ont permis de mettre en évidence leurs excellentes performances pour des applications acoustiques dans l’audibleSince several decades, photonic and phononic crystals are the center of numerous studies and in particular in the optics,electromagnetism and acoustics fields. These metamaterials, created by a periodic array of inclusions, have propertiesimpossible to obtain with usual materials. They can, for example, bend the waves or stop the waves for some frequencyranges (band gap). By changing the characteristic of the unit cell, it is possible to combine transmission losses linked to theperiodicity, with low frequency resonances linked to the type of scatterer (rigid, resonator...) and obtain very low transmissioncoefficient or very high absorption coefficient on very large frequency ranges depending on the device. Two metamaterialsdevices are studied to find alternative solutions, for acoustics problems, by using periodic array of scatterers. The first deviceis a sonic crystal used has an noise barrier and built with drilled bamboo rods, that have low frequency transmission losses(around 300 Hz and around 2000 Hz). The second device is a periodic array of resonant inclusions embedded in a porousplate that can absorb almost all the waves for a wide frequency range that correspond to wavelength up to 10 times bigger than de thickness of the plate. The behavior of this two devices are studied theoretically, experimentally and numerically by using several methods (Plane Waves Expansion, Multiple Scattering Theory for the first device and finite element method for the second). All this methods allow to bring out the very good performances of this metamaterials devices in audiblefrequency range
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Paradis, Normand. "Relations entre les propriétés mécaniques du bois et les vitesses acoustiques mesurées à trois étapes du processus de transformation du bois." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/27950/27950.pdf.
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Pour cette étude, trois espèces de la forêt boréale ont été sélectionnées selon leur importance pour l’industrie forestière canadienne. Quinze billes de pin gris ont été récoltées au Lac Saint-Jean (Québec) puis sciées, séchées et testées afin de connaître le module d’élasticité statique (MOEstat) des pièces à 12% de teneur en humidité. Le même processus a été appliqué pour l’épinette noire provenant de la Côte Nord (Québec) et pour une plus grande quantité de billes (92) d’épinette blanche récoltées à la Forêt expérimentale de Petawawa (Ontario).
L’objectif de ce travail consiste à déterminer la force des relations, à trois étapes du processus de transformation, entre les vitesses sonores, les modules d’élasticité dynamique (MOEdyn) et les MOEstat mesurés sur les pièces sciées. Des simulations ont aussi permis d’évaluer l’influence de la variation de la teneur en humidité sur la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn pour les billes. Les résultats montrent que la force de la relation entre le MOEstat et le MOEdyn s’améliore lorsque la variation de la teneur en humidité du bois et la variation de la masse volumique anhydre de la bille sont connues, ce qui indique qu’il est préférable de mesurer directement la masse volumique de la bille lors de l’évaluation du MOEdyn.
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Etchessahar, Manuel. "Caractérisation mécanique en basses fréquences des matériaux acoustiques." Le Mans, 2002. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2002/2002LEMA1015.pdf.
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Ce travail porte sur le développement de techniques de caractérisation mécanique aux basses fréquences des matériaux poreux, tels que les mousse polymères et les matériaux fibreux, couramment utilisés pour réduire les nuisances sonores. Dans une permière partie un banc de caractérisation quasistatique en traction compression permettant de mesurer le module d'Young et le coefficient de Poisson de ces matériaux sur la plage de fréquence 1-100 Hz est présenté. Une attention particulière est portée à la recherche du domaine linéaire de mesure, à la dépendence en fréquence, à l'anisotropie et aux effets dynamiques et de couplage. La deuxième partie est consacrée à la validation d'une technique pour étendre la bande de fréquence de mesure mieux adaptée à l'utilisation industrielle de ces matériaux aux hautes fréquences. Cette technique, basée sur le principe de superposition fréquence-température, est validée pour les mousses polyuréthane. De plus, on montre que la caractérisation d'un seul module d'élasticité sur une large plage de fréquence est suffisante pour décrire la dépendance en fréquence de tous les modules d'élasticité du matériau. La demière partie présente un nouveau système expérimental pour la mesure dynamique du module de rigidité en flexion des plaques poroélastiques (cette configuration est souvent utilisée). L'inversion repose sur une analyse modale basée sur la méthode de Prony et sur un modèle de plaque basé sur la théorie de Biot, incluant les interactions fluide-structure dans la plaque. Les résultats obtenus sur un matériau fibreux sont satisfaisants alors que les résultats obtenus sur une mousse polyuréthane montrent les limites du modèle développéThis work deals with new caracterisation techniques of the mechanical properties of porous materials, such as polymeric foams and fibrous materials, currently used in sound absorbing applications. First, a quasistatic traction-compression experimental technic used to measure Young's modulus and Poisson's ratio of such materials on the frequency range 1-100 Hz is described. A special attention is paid on linear domain, frequency dependence, anisotropy and dynamical and coupling effects. Next a most adapted to industrial context technic allowing a large frequency range carcterisation is presented. This technic, based on the frequency-temperature superposition principle, is validated on polyurethan foams. Moreover, it is shown that the knowledge of the frequency dependence of one modulus is enougth to predict the frequency dependance of all moduli. These materials being usually plate like, the final part presents a new experimental device to measure the bending modulus of poroelastic plates. The inversion is based on modal analysis with the Prony method and on a analytical model of bending behaviour of poroelastic plates. This model is based on the Biot model in order to take into account the fluid-strucure coupling effects. Results obtained on a fibroux material are satisfying while results obtained on a polymeric foam show clearly the limits of this new model
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Nounah, Hassan. "Modélisation et caractérisation des matériaux à gradient de propriétés mécaniques par des méthodes microacoustiques." Montpellier 2, 1995. http://www.theses.fr/1995MON20117.
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Si actuellement les methodes quantitatives d'analyse en microscopie acoustique sont largement developpees sur des echantillons ayant une structure quasi-homogene, et dont les proprietes acoustiques ne varient pratiquement pas au voisinage de la surface, il n'en est pas de meme pour les materiaux ayant un gradient dans leurs proprietes mecaniques. C'est pour cela que nous avons developpe une importante etude aussi bien theorique que experimentale pour modeliser et caracteriser ces materiaux par des methodes microacoustiques. Sur le plan theorique, nous avons propose une methode originale de modelisation: elle est basee sur la subdivision du materiau a gradient en un nombre de couches suffisamment important pour que les parametres acoustiques varient de facon quasi-continue en fonction de la profondeur z suivant le profil du gradient considere. Ensuite, une etude fondamentale detaillee sur les courbes de dispersion pour differents couples de materiaux est presentee. L'analyse de ces courbes nous a permis de mettre en evidence deux points importants qui sont, suivant le couple de materiaux etudie: le point d'inflexion et le maximum de la courbure. Afin de completer cette etude, nous nous sommes interesses au probleme inverse qui nous permet, grace a ces points, de retrouver les caracteristiques physiques des materiaux a gradient. Les resultats experimentaux obtenus sur des echantillons d'acier, de verre et de materiaux metal/semi-conducteurs (in/gasb) ont confirme les previsions theoriques
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Mrabti, Abdelali. "Propriétés opto-mécaniques dans des matériaux nanostructurés : couplage plasmons-phonons." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10201.
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Ce travail de thèse porte essentiellement sur l’étude du couplage élasto-plasmonique dans des systèmes périodiques nanostructurés. Cette interaction plasmon/phonon est étudiée dans un premier temps sur un nanofil métallique inséré dans une cavité d’un cristal bidimensionnel, consistant en un réseau de trous d’air percés dans une matrice diélectrique. Le second système analysé est un cristal à résonances locales composé d'une membrane diélectrique non absorbante, sur laquelle nous avons déposé un réseau carré de nanocylindres d'or. L'intérêt d'étudier ce système résulte du fait qu'il supporte des phonons bien localisés au niveau des nanocylindres, ce qui est une condition nécessaire pour un couplage efficace avec les modes plasmoniques. Le troisième système examiné est également un cristal à résonances locales, composé d’un réseau de nanocylindres métalliques en interaction avec un film métallique par l'intermédiaire d'un film ultra-mince de silice. L’intérêt d’étudier cette dernière structure est double : d’une part, les plasmons deviennent sensibles, par leur forte localisation, à des petites déformations du film ; d’autre part, ce système supporte des phonons bien localisés ce qui permet d’obtenir une amplification locale des vibrations à partir d’une source acoustique. En fin, il s’agit d’une cavité duale pour les phonons et les plasmons. Pour les trois systèmes étudiés dans cette thèse, nous avons montré qu’une vibration mécanique peut moduler au cours de sa période acoustique, la longueur d’onde de résonance des modes plasmoniques supportés par la structureThis thesis is focused on the elastoplasmonic coupling in periodic nanostructured systems. This interaction plasmon/phonon has been studied first for a metal nanowire inserted into a cavity of a two-dimensional crystal, consisting in a periodic array of holes in a dielectric matrix. The second investigated system is a crystal with sustaining local resonances. The crystal is formed by a square array of gold nanocylindres deposited on a non-absorbing dielectric membrane. The interest of such a system is that it can support phonon modes localized in the nanocylindre enabling thus an efficient coupling with plasmon modes. The third system is a crystal constituted by a metal nanoparticles array coupled to a metal film via an ultra thin dielectric spacer (silica). The motivation behind such a study is twofold: first, plasmon modes are sensitive to small local deformations due to their strong confinement; second such a system supports many localized phonons that can provide a local amplification of vibrations. It is then a dual cavity for phonon and plasmon modes. For the three systems studied in this thesis, we have shown that mechanical vibrations can modulate during an acoustic period the wavelength of the plasmon resonance modes supported by the structure
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Laux, Didier. "Caractérisation mécanique de combustibles nucléaires à fort taux de combustion par méthodes micro-acoustiques." Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20047.
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Qi, Shuibao. "Métamatériaux et métasurfaces acoustiques pour la collecte d’énergie." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0139/document.
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Artificiels structurés, présentent des propriétés inédites et des aptitudes uniques pour la manipulation d’ondes en général. L’avènement de ces nouveaux matériaux a permis de dépasser les limites classiques dans tout le domaine de l’acoustique-physique, et d’élargir l’horizon des recherches fondamentales. Plus récemment, une nouvelle classe de structures artificielles, les métasurfaces acoustiques, présentant une valeur ajoutée par rapport aux métamatériaux, avec des avantages en termes de flexibilité, de finesse et de légèreté de structures, a émergé. Inspirés par ces propriétés et fonctionnalités sans précédent, des concepts innovants pour la collecte d’énergie acoustique avec ces deux types de structures artificielles ont été réalisés dans le cadre de cette thèse. Tout d’abord, nous avons développé un concept à base d’un métamatériau en plaque en se basant sur le de l’approche de bande interdite et des modes de défaut permis par le mécanisme de Bragg. Dans la deuxième partie de cette thèse, des métasurfaces d’épaisseur sublongueur d’onde et ultra-minces composées d’unités labyrinthiques ou de résonateurs de Helmholtz ont été conçues et étudiées pour s’atteler à la focalisation et au confinement de l’énergie acoustique. Cette thèse propose un nouveau paradigme de collecte d’énergie des ondes acoustiques à base des métamatériaux et métasurfaces. La collecte de cette énergie acoustique renouvelable, très abondante et actuellement perdue, pourrait particulièrement être utile pour l’industrie de l’aéronautique, de l’automobile, du spatial, de l’urbanismePhononic crystals (PCs) and acoustic metamaterials (AMMs), well-known as artificially engineered materials, demonstrate anomalous properties and fascinating capabilities in various kinds of wave manipulations, which have breached the classical barriers and significantly broaden the horizon of the whole acoustics field. As a novel category of AMMs, acoustic metasurfaces share the functionalities of AMMs in exotic yet compelling wave tailoring. Inspired by these extraordinary capabilities, innovative concepts of scavenging acoustic energy with AMMs are primarily conceived and sufficiently explored in this thesis. Generally, a planar AMM acoustic energy harvesting (AEH) system and acoustic metasurfaces AEH systems are theoretically and numerically proposed and analyzed in this dissertation. At first, taking advantage of the properties of band gap and wave localization of defect mode, the AEH system based on planar AMM composed of a defected AMM and a structured piezoelectric material has been proposed and sufficiently analyzed. Secondly, subwavelength (λ/8) and ultrathin (λ/15) metasurfaces with various lateral configurations, composed of labyrinthine and Helmholtz-like elements, respectively, are designed and analyzed to effectively realize the acoustic focusing and AEH. This thesis provides new paradigms of AEH with AMMs and acoustic metasurfaces, which would contribute to the industries of micro electronic devices and noise abatement as well
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Cérézo, Véronique. "Propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques d'un matériau à base de particules végétales : approche expérimentale et modélisation théorique." Lyon, INSA, 2005. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0037/these.pdf.
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Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude des propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques du béton de chanvre. Ce matériau est obtenu en mélangeant un liant à base de chaux, des particules végétales et de l'eau. Ces dernières possèdent une porosité intrinsèque importante, du fait de la présence de capillaires. Ceux-ci rendent les particules légères, compressibles et sensibles à l'eau. Le liant contient un mélange de chaux hydraulique et aérienne. Le mélange de ces deux constituants de nature et de caractéristiques très différentes conduit à un matériau dont les propriétés seront variables en fonction des concentrations volumiques de chaque constituant. De plus, ce matériau se distingue par un double réseau de pores, l'un de taille microscopique (10 à 40 mm) et l'autre de taille mésoscopique (< 1 mm). On montre expérimentalement que ces deux réseaux sont connectés. Du point de vue mécanique, le béton de chanvre se caractérise par un comportement élasto-plastique. La résistance en compression varie entre 0,25 et 1,15 MPa. Le module d'élasticité est compris entre 4 et 170 MPa. Ces valeurs sont modestes par rapport à celles des autres matériaux de construction. En revanche; ce matériau peut supporter des niveaux de déformations élevés (0,04 < esmax < 0,15). En s'appuyant sur les observations expérimentales, une modélisation par homogénéisation autocohérente est réalisée. Celle-ci permet d'obtenir un modèle prédictif de la valeur du module d'élasticité pour des formulations et des niveaux de compactage variables. Ensuite, une étude des transferts de chaleur et de masse au sein du matériau sous diverses hygrométries est menée. On a quantifié expérimentalement la sensibilité du matériau à l'hygrométrie ambiante HR. Des campagnes de mesures ont déterminé la conductivité thermique sèche et humide du béton de chanvre pour des formulations et des compacatges différents. Un modèle autocohérent est également mis en œuvre en utilisant deux types de motif générique. Il permet de retrouver les résultats expérimentaux avec une bonne fiabilité. Enfin, une caractérisation de l'absorption acoustique du béton de chanvre est initiée. Elle montre des niveaux d'absorption élevés sur toute la gamme de dosages étudiés (a > 0,5). Ce travail exploratoire met également en lumière un comportement proche de celui d'un milieu à double porositéThis thesis deals with the measurement of physical properties (mechanical, thermal, acoustical) of various formulations of concrete containing vegetable particles. Such material is made up with hemp shives mixed with lime binders. Shives are very porous considering the ratio of capillaries. That fact explains that particles are lightweight, sensible to water and they can be highly strained. The ductile binder is a mixed between hydraulic and aerated lime with sometimes a volume of sand. Depending on the binder proportion, three microstructures of concrete are determined. Moreover, this material presents a microscopic porosity (shives) and a macroscopic porosity. These networks are connected. Vegetable concrete presents a ductile behavior. . The maximum stress and the Young modulus are limited as compare to other building materials but the bearable level of strain is rhigh. A theoretical model made with self-consistent method allows to calculate the Young modulus as a function of the mixture proportion and the compactness level. A comparison with experimental measurements shows a good accuracy of the results. Then, the dry thermal conductivity of vegetable concrete is studied. Considering its high sensibility to water, the level of sorption and the impact on thermal conductivity are evaluated. A self-consistent method leads to a model of dry and wet conductivity taking into account the physical properties (proportions, compactness) and the hygrometry. Lastly, the sound absorption of vegetable concrete is measured. The values are high. This first step in the study of the acoustical properties shows a behavior, which can be compared to materials with a double porosity
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Gasser, Stéphane. "Etude des propriétés acoustiques et mécaniques d'un matériau métallique poreux modèle à base de sphères creuses de nickel." Phd thesis, Grenoble INPG, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004438.
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Cette thèse s'est focalisée sur un matériau cellulaire métallique modèle, dans le but de fournir à la fois un matériau candidat et des outils de conception d'un revêtement acoustique pour les tuyères de turbomachines. Le problème d'absorption acoustique a conduit à discuter une modélisation analytique descriptive disponible dans la littérature, puis à introduire une technique numérique permettant de prédire les propriétés acoustiques d'un matériau poreux. Pour répondre au besoin industriel de tenue structurale, les propriétés élastiques du matériau ont été calculées numériquement, et l'on a proposé une approche numérique de la microplasticité. Enfin, les outils numériques ainsi réalisés ont été utilisés dans un problème simplifié de conception et d'optimisation de revêtement acoustique.
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Blanc, Laurianne. "Développement et modélisation de plateformes à ondes acoustiques de surface guidées : caractérisation des propriétés mécaniques de films minces mésoporeux." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00668870.
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Ces travaux de thèse présentent le développement de capteurs à ondes acoustiques, plus particulièrement de capteurs à ondes de Love, à l'aide de matériaux mésoporeux. La première partie de ces travaux a porté sur la mise au point d'une méthode de caractérisation du module de rigidité d'un film mésoporeux déposé sur un capteur et soumis à un flux d'humidité. Le banc de mesure développé permet d'effectuer simultanément des mesures acoustiques et ellipsométriques. Les variations du module de rigidité d'un film mésoporeux d'oxyde de titane en fonction du taux d'humidité ont ensuite été calculées à l'aide d'une procédure d'ajustement de courbe entre les résultats expérimentaux et un modèle numérique dédié modélisant la propagation des ondes de Love dans la structure multicouche. Nous avons ainsi montré que l'influence de la sorption sur le comportement mécanique d'un film mésoporeux est un facteur important à prendre en compte, notamment lors de la conception de micro-capteurs. Par la suite, des dispositifs recouverts de SiO2 et de TiO2 mésoporeux ont été développés pour différentes applications : la détection de composés organiques volatils, la détection d'espèces biologiques et le suivi d'une réaction de photocatalyse. Enfin, nous avons réalisé des capteurs recouverts d'une unique couche mésoporeuse de TiO2 assurant simultanément les fonctions de guide d'onde et de couche sensible, permettant d'augmenter de manière significative la sensibilité du capteur.
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Saetung, Anuwat. "Preparation of polyurethane foams from hydroxytelechelic oligoisoprenes obtained by controlled degradation of natural rubber : study of their physico-mechanical, thermal, and acoustic properties." Le Mans, 2009. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2009/2009LEMA1006.pdf.
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Les mousses de polyuréthane constituent les matériaux polyuréthane les plus largement étudiés et utilisés pour de nombreuses applications telles que l'ameublement, l'automobile, l'isolation thermique et phonique. Les composés hydroxylés couramment utilisés pour la production des mousses de polyuréthane sont des produits issus de la pétrochimie (polyols à base de polyesters ou de polyéthers). Ces produits ont le désavantage d'être issus de sources non renouvelables pouvant provoquer des pollutions de l'environnement et risquant de se tarir à court terme. Le caoutchouc naturel constitue un matériau de base pour la synthèse des polyuréthanes particulièrement intéressant en tant que matériau issu d'une source renouvelable abondante, avec des propriétés mécaniques intéressantes et une structure chimique facilement modifiable. Dans ce travail, un nouveau caoutchouc naturel hydroxytéléchélique (HTNR) de fonctionnalité 2 a été obtenu par l'intermédiaire de réactions contrôlées d'époxydation et de clivage du caoutchouc naturel, suivies d'une réduction sélective des oligoisoprènes carbonyltéléchéliques obtenus. Ces HTNR de différentes masses molaires (1000-3400 g mol-1), ont été obtenus de façon reproductible et avec des rendements élevés. Des modifications chimiques de ces HTNR ont été effectuées par époxydation (10-35% EHTNR), hydrogénation et réactions d'ouverture des oxiranes. Les différentes microstructures de ces oligomères ont été caractérisées par FT-IR, RMN, SEC et MALDI-TOF MS. Leurs propriétés thermiques ont été déterminées par TGA et DSC. Des mousses de polyuréthane ont été préparée à partir d'HTNR et d'EHTNR de différentes masses molaires et de différents taux d'époxydation en une étape. Les structures chimiques, les caractéristiques physiques des mousses, leurs propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques ont été déterminées et comparée à celles des mousses de polyuréthane analogues synthétisées à partir de polyols commerciaux. Les mousses de polyur‚thane à base d'HTNR ont une structure de cellules ouvertes de dimensions 0,38 à 0,47 mm. Les propriétés mécaniques varient selon les masses molaires des oligomères hydroxytéléchéliques : les mousses de polyuréthane issues d'HTNR1000 présentent des forces d'élongation et de compression supérieures à celles de leurs homologues commerciaux, mais l'élongation à la rupture est plus faible. Les mousses à base d'HTNR3400 présentent les meilleures propriétés élastiques. Pour la série des mousses à base d'EHTNR, les forces d'élongation et de compression augmentent avec l'augmentation des taux d'époxydation. Les mêmes résultats sont observés avec des quantités croissantes de butane-1,4-diol. Pour ce qui concerne les propriétés thermiques, les mousses de polyuréthane à base d'HTNR présentent une meilleure flexibilité à basse température que leurs homologues à base de polyols commerciaux. De plus, elles présentent d'excellentes propriétés d'absorption acoustiquePolyurethane foam (PUF) is the largest of polyurethane materials widely studied and used in many applications such as furniture, automobile, insulation, acoustic absorber. Hydroxyl compounds currently used in the production of PUF are petrochemical products (polyester and polyether polyols). However, they have some disadvantages as they are non-renewable resources, they may cause environmental pollution, and they tend to be exhausted in the near future. Natural rubber (NR) is an interesting choice to use as a starting material in PUF synthesis, due to the fact that they are renewable source, abundant polymer and they have good mechanical properties and are easy to chemically modify. In this work, a new hydroxytelechelic natural rubber (HTNR) having a hydroxyl functionality of 2 was successfully performed via controlled epoxidation and cleavage of natural rubber, following by a selective reduction reaction of the obtained carbonyltelechelic oligoisoprenes. These HTNR with different molecula r weights (1000-3400 g mol-1) were reproducible obtained with high yields. Chemical modifications on HTNR were performed by epoxidation (10-35%, EHTNR), hydrogenation and oxirane opening reactions. The different microstructures of these oligomers were evidenced by the characterization techniques FT-IR, NMR, SEC and MALDI-TOF MS. Their thermal properties were also investigated by TGA and DSC. Polyurethane foams were successfully prepared from a renewable source, HTNR with different molecular weights and EHTNR having a variation of epoxide content, by one shot technique. The chemical structure and cell structure as well as physico-mechanical, thermal and acoustic properties were characterized to compare with commercial polyol analogues. It was investigated that the obtained HTNR based foams are open cell structures and have cell dimensions between 0. 38 and 0. 47 mm. Concerning, physico-mechanical properties, HTNR1000 based foam exhibits higher tensile and compressive strengths than commercial polyol analogue, but the elongation at break is lower. However, HTNR3400 based foam shows the best for elastic properties. In series of EHTNR based foams, the tensile and compressive strengths give a trendy increasing with increasing the epoxide content. Same results were observed with increasing amount of 1,4-butanediol. For thermal properties, HTNR based foams show better low temperature flexibility than that based on commercial polyol. Moreover, HTNR based polyurethane foams give an excellent acoustic absorber
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Larabi, Hocine. "Cristaux phononiques et métamatériaux acoustiques : applications aux domaines du guidage, filtrage et de l'isolation phonique." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10085/document.
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Cette thèse est consacrée à l’étude de certaines propriétés nouvelles des cristaux phononiques et des métamatériaux acoustiques. La plupart des simulations numériques a été réalisée à l’aide de la méthode F.D.T.D. Une partie préliminaire a porté sur l’existence de bandes interdites dans un cristal phononique 2D constitué de cylindres d’acier dans l’eau et notamment une application originale au démultiplexage. Dans ce travail, nous nous sommes plus particulièrement intéressés au cas d’un cristal phononique à résonances localisées présentant de multiples gaps basses fréquences, nettement en dessous du gap de Bragg. Le cristal étudié est constitué de cylindres concentriques de matériaux ayant des constantes élastiques très différentes, immergés dans une matrice fluide. Il présente plusieurs zéros de transmission basses fréquences dont on a étudié les comportements en fonction des paramètres physiques et géométriques. Nous avons montré comment élargir ces zéros de transmission pour obtenir des bandes de fréquences interdites. Nous avons calculé les paramètres effectifs autour d’une résonance et montré que la densité effective massique pouvait devenir négative sur une certaine gamme de fréquence. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude d’une structure originale 3D, constituée de piliers déposés sur une plaque fine, qui permet d’obtenir l’ouverture d’un gap très basse fréquence par rapport au gap de Bragg. Nous avons étudié les conditions d’existence des bandes interdites ainsi que certaines propriétés de guidage et de filtrage. Enfin, nous avons étudié la transmission entre deux substrats par l’intermédiaire d’un réseau périodique de piliers. Nous avons mis en évidence une transmission exaltée, associée à une résonance de FanoThis thesis is devoted to the study of some new properties of phononic crystals and acoustics metamaterials. Most of simulations were carried out using F.D.T.D. method. A preliminary part was devoted to the study of the existence of gaps in a 2D phononic crystal made up of steel cylinders in water and in particular an original application to demultiplexing. In this work, we are more particularly interested by a phononic crystal with localized resonances displaying several low frequencies gaps well below the Bragg gap. The studied crystal consists of concentric cylinders having different elastic constants, immersed in a fluid matrix. It presents several zeros of transmission at low frequencies whose behaviors were studied as a function of the physical and geometrical parameters. We showed how to widen these zeros of transmission to obtain prohibited gaps. We calculated effective parameters around a resonance and showed the possibility of negative effective mass density. The last part of this work is devoted to the study of an original 3D structure, consisted of pillars deposited on a thin plate, which makes it possible to obtain the opening of a very low frequency gap compared to the Bragg gap. We studied the conditions of existence of the forbidden bands as well as guiding and filtering properties of this structure. Finally, we studied the transmission between two substrates across a periodic array of pillars. We highlighted an enhanced transmission, associated to a Fano resonance
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Lepert, Guillaume. "Étude des interactions élasto-acoustiques dans des métamatériaux formés d'inclusions résonnantes réparties aléatoirement." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00946591.
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La discrétion acoustique est un enjeu majeur dans le domaine de la défense navale. Dans ce contexte, DCNS Research souhaite évaluer la capacité des métamatériaux acoustiques aléatoires localement résonnants à constituer une rupture technologique, comparativement aux matériaux anéchoïques actuels. Nous nous proposons de dimensionner, suite à une étude paramétrique conséquente, des structures contenant une répartition aléatoire d'inclusions sphériques. Des échantillons de matériaux localement résonnants ont été fabriqués. Leur réponse acoustique a été mesurée et confrontée aux prédictions issues de modèle. L'impact des résonances des inclusions et de l'angle d'incidence a été mis en évidence. Enfin, une méthode d'identification de leurs propriétés effectives a été développée à partir de mesures en réflexion et en transmission. Elle repose sur une configuration expérimentale originale. Des difficultés liées à l'extraction de la masse volumique dynamique sont mises en exergue.
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Sacristán, López-Mingo Carlos Javier. "Etude des propriétés acoustiques et comportement à l'impact de matériaux poreux de type mousses métalliques homogènes et inhomogènes." Thesis, Dijon, 2015. http://www.theses.fr/2015DIJOS035/document.
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Ce travail concerne l’étude acoustique théorique et expérimentale des matériaux poreux à squelette métallique, macroscopiquement homogènes et inhomogènes ainsi que l’étude de leurs propriétés mécaniques de comportement au choc pour comparaison. Le modèle acoustique de Johnson -Champoux - Allard s’est montré adapté pour la modélisation acoustique. Ce modèle associé à une approche proposée récemment et utilisant le concept de matrices de transfert en parallèle a permis, dans une nouvelle approche basée sur les “mélanges de matériaux”, d’étudier les matériaux poreux macroscopiquement inhomogènes. Par ailleurs, une étude paramétrique du coefficient d’absorption en fonction de la porosité et de la fréquence a été proposée. Les maxima d’absorption ainsi que l’enveloppe des courbes d’absorption en fonction de la porosité ont été étudiés. En premier lieu, un matériau théorique à propriétés indépendantes a été étudié. Les matériaux réels à propriétés interdépendantes ont ensuite été abordés à l’aide d’un modèle reliant leurs propriétés à la porosité. Enfin, une comparaison entre les propriétés acoustiques et les propriétés mécaniques de comportement à l’impact a été initiée en vue de déterminer un critère objectif permettant de proposer un compromis entre les deux domainesThis work is concerned with the theoretical and experimental study of the acoustical properties of macroscopically homogenous and inhomogeneous porous media as well as their mechanical response to impacts. The model of Johnson - Champoux - Allard appeared adapted for the acoustical modeling. This model, associated with a recently developed approach involving the concept of parallel transfer matrices has lead to a new approach of macroscopically inhomogeneous porous materials based on “mixtures of materials”. Furthermore, a parametric study of the absorption coefficient as a function of porosity and frequency has been proposed. The maximums of absorption as well as the envelop of the absorption curves have been studied as functions of porosity. First, a theoretical material with independent parameters has been studied. Real materials with nonindependent parameters were then investigated with the help of a model relating their properties to the porosity. Finally, a comparison between the acoustical and mechanical properties has been initiated in view of determining an objective criterion that will allow to propose a trade off between the two fields
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Mante, Pierre-Adrien. "Génération par impulsions laser ultracourtes d'ondes acoustiques hautes fréquences par des nanostructures." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10080/document.
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Cette thèse est consacrée à l'étude de la génération d'ondes acoustiques hautes fréquences par des nanostructures grâce à une impulsion lumineuse ultra-brève. Plus une onde acoustique a une fréquence élevée, plus elle est sensible à de faibles variations au sein du matériau qu'elle traverse. La montée en fréquence va donc permettre l'étude des propriétés acoustiques et mécaniques d'objets de plus en plus petit. L'objet de ce travail est l'étude par acoustique picoseconde de nanostructures permettant la génération d'ondes acoustiques, de surface ou longitudinales, de très hautes fréquences.Afin de pouvoir générer des ondes acoustiques de surface, nous avons étudié les vibrations de réseaux de nanostructures organisées. Un modèle a été mis en place permettant d'étudier ces vibrations collectives et leurs liens avec la génération d'ondes acoustiques de surface. Grâce à ce modèle, nous avons mis au point une méthode de caractérisation mécanique complète de films minces. Nous avons appliqué cette technique à différents matériaux et dans différentes conditions.Les boîtes quantiques ont été utilisées pour réaliser la génération d'ondes acoustiques longitudinales hautes fréquences. La démonstration de la génération d'ondes acoustiques par des boîtes quantiques a été réalisée dans différentes matériaux, puis nous avons mis au point un modèle capable de prédire les conditions expérimentales pour la détection d'ondes acoustiques dont les fréquences dépassent le terahertzThis thesis is devoted to the study of the generation of high frequency acoustic waves by nanostructures using ultra-short laser pulses. The higher the frequency of an acoustic wave, the more sensitive it is to small changes inside the material it is propagating in. Reaching higher frequencies will allow the study of the elastic and mechanical properties of smaller structures. The aim of this work is the study by the picosecond ultrasonics technique of nanostructures that enable the generation of high frequency surface or bulk acoustic waves. In order to realize the generation of surface acoustic waves, we studied the vibrations of lattices of organized nanostructures. A model has been established to study those collective vibrations and their links to the generation of surface acoustic waves. Thanks to this model, we developed a method to realize the complete mechanical characterization of thin films. We applied this technique to various materials in different conditions.Quantum dots have been used to realize the generation of high-frequency bulk acoustic waves. The demonstration of the acoustic wave generation by quantum dots has been performed in numerous materials, then we developed a model able to foresee the experimental conditions that made the detection of acoustic waves with frequencies higher than one terahertz possible
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Fernez, Nicolas. "Structures périodiques et désordonnées pour l’absorption des ondes électromagnétiques." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I081/document.
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L’absorption des ondes électromagnétiques est un objectif suscitant beaucoup d’intérêt de nos jours notamment pour les applications en furtivité dans le domaine militaire, mais également dans le domaine civil pour limiter l’exposition aux signaux de communication sans fil et pour préserver l’intégrité des informations échangées. La conception d’absorbants pour le domaine des basses fréquences reste un challenge dans la mesure où l’épaisseur des objets est proportionnelle à la longueur d’onde, ce qui peut se traduire par des masses et des encombrements importants. Cette caractéristique est un facteur limitant, notamment pour la protection des équipements embarqués. C’est pourquoi l’objectif de cette thèse est de concevoir des absorbants électromagnétiques à la fois large bande et le moins épais possible pour des faibles fréquences (typiquement entre 1 et 10 GHz). Dans un premier temps, nous avons cherché à comprendre le rôle des paramètres constitutifs des matériaux (permittivité et perméabilité complexe) dans l’absorption de l’onde. Nous avons ensuite décrit les efficacités d’absorption au sein d’une structure résonante par le biais du facteur de qualité. Sur ces bases de conception, nous avons proposé plusieurs types de structures absorbantes. La première repose sur la structuration d’un matériau composite ferromagnétique par ajout de motif métallique ou par détourage. Les motifs fractals (courbes de Moore) ont permis d’obtenir des largeurs de bandes relatives de l’ordre de 130 %, à 90 % d’absorption en puissance, autour de la fréquence de 7 GHz, avec une épaisseur faible devant la plus grande longueur d’onde absorbée. Les autres absorbants étudiés dans cette thèse présentent une structuration MIM (métal/ isolant/ métal) avec des résonateurs répartis aléatoirement. La distribution aléatoire du premier absorbant, dimensionné pour des fréquences voisines de 10 GHz, suit la loi de probabilité de Poisson où les résonateurs peuvent se superposer. Nous avons utilisé des outils mathématiques permettant de décrire la topologie de la distribution afin de relier la géométrie de l’absorbant à l’absorption de l’onde électromagnétique. Deux autres structures aléatoires, dimensionnées pour les longueurs d’ondes millimétriques, répartissent les résonateurs avec une condition de non contact. Nous montrons qu’une augmentation du nombre de résonateurs permet d’obtenir une absorption supérieure à 90 % avec un élargissement de bande. Enfin, nous avons mené une étude de prospective en vue d’étudier la réponse d’une métasurface aléatoire aux ondes électromagnétiques et acoustiques dans le domaine infrarougeAbsorption of electromagnetic power arouses a lot of interest not solely for stealth applications in military domain, but also in civil life to reduce the exposure to wireless communication signals and to preserve the totality of exchanged information. Absorbers designing for low frequency domain remains a challenge since the object’s thickness has to be proportional to the working wavelength, which leads to significant mass and size. This characteristic is a limiting factor, especially for the on-board equipment protection. That is why the main objective of this thesis is to design a low-profile electromagnetic absorber specified for broadband operation at low frequency (typically between 1 and 10 GHz). First, we tried to deeply understand the role of materials’ constitutive parameters (complex permittivity and permeability) in the power absorption. Next we described the absorption efficiency by a resonant structure in terms of quality factor, thus introducing a balance condition. From this design rules, we proposed several types of absorbing structures. The first one is based on a ferromagnetic composite material structuration either by addition of metallic pattern or by etching technique. Fractals patterns (Moore’s curve) enabled to obtain a relative frequency bandwidth in the range of 130 %, for 90 % power absorption, around a frequency of 7 GHz, for a thickness which is a fraction absorbed wavelength. The other absorbers studied during this thesis display a MIM (metal/ isolator/ metal) structuration with randomly distributed resonators. The random distribution of the first absorber, sized for operating frequencies around 10 GHz, obeys the probability law of Poisson in which overlapping between resonators is allowed. We used some mathematical tools to describe the random distribution’s topology in order to link the absorber’s geometry to the electromagnetic power absorption characteristics. Two other random structures, dimensioned for millimeter wavelengths, distribute the resonators with a no contact condition. We showed that by increasing of density of the resonators, one can obtain an absorbance higher than 90 % with a bandwidth enhancement. Finally, we carried out a prospective study in order regarding a random metasurface which can behaves as a common platform for electromagnetic and acoustic waves in the infrared domain
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Blasco, Hugues. "Methodes acoustiques pour caractériser les propriétés mécaniques des muscles : approche fondamentale sur le tissu musculaire de souris. Vers une application clinique pour la dystrophie musculaire de Duchenne." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20129/document.
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La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) entraine une perte progressive de la force musculaire. L'objectif de ce présent travail est d'étudier la sensibilité d'une méthode acoustique échographique (50 MHz) et d'une méthode résonante (25 kHz) aux changements de propriétés des tissus musculaires de souris mdx modèles. Les paramètres mesurés sont l'atténuation ultrasonore pour la méthode échographique et le module complexe de cisaillement pour la méthode résonante. Dans ce manuscrit nous exposons le développement de ces deux méthodes adaptées à l'étude de deux tissus musculaires de souris : le diaphragme et la peau. La méthode échographique a permis de quantifier les changements de propriétés biologiques du diaphragme en fonction du pourcentage de zone non musculaire sur des souris âgées de 3 mois à 24 mois. La méthode résonante, génère un champ de pression dans le tissu induisant un cisaillement dans le tissu. Cette méthode a permis d'estimer des différences de propriétés mécaniques sur le diaphragme et sur la peau entre les tissus sains et tissu pathologiques. Les résultats obtenus autorisent à penser que le développement de la méthode résonante pour des applications in vivo chez l'Homme atteint de DMD est possibleThe muscular dystrophy of Duchenne (DMD) lead a progressive loss of the muscular strength. The objective of this present work is to study the sensibility of an ultrasound acoustic method (50 MHz) and a résonant method (25 kHz) to the changes of properties of muscle tissues of mdx mice models. The mesured parameters are the ultrasound attenuation for the echographic method and the complexe shear modulus for the résonant method.In this manuscript we explain the development of these two methods adapted to the study of two muscular tissues of mouse: the diaphragm and the skin. The ultrasound method allowed to quantify the changes of biological properties of the diaphragm according to the percentage of non muscular area on 3-month-old mice in 24 months. The résonant acoustic method, generates a field pressure in the tissue leading a shearing tissue. This method allowed to estimate différences of mechanical properties on the diaphragm and on the skin between healthy tissues and pathological tissues. We think the obtained results authorize the development of the resonant method for in vivo applications to human touched by DMD
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Doan, Dinh Hong. "Impact de la température sur les propriétés mécaniques et acoustiques des roches concernées par la production en SAGD, lors de l'injection de vapeur dans les réservoirs d'huile lourde." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00657493.
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L'injection de vapeur lors de la production des bruts lourds par SAGD soumet les roches réservoirs (sables bitumineux non consolidés ou faiblement consolidés) à une élévation de température (jusqu'à 280°C). L'apport de fluide chaud augmente la pression de pore, dilate le squelette rocheux et le fluide interstitiel, ce qui modifie le champ de contrainte in situ. Le travail de thèse, à forte connotation expérimentale, vise à contribuer à la caractérisation mécanique et acoustique des réservoirs bitumineux sous différentes conditions de température, de contrainte et de saturation. Les travaux ont été effectués sur des échantillons de sables bitumineux Canadiens, mais également sur un matériau modèle, un sable reconstitué artificiellement cimenté. Plusieurs techniques expérimentales ont été mises en œuvre pour caractériser les matériaux utilisés : tomographie RX, microtomographie RX, cryomicroscopie, RMN, etc. Des essais ont ensuite été effectués dans une cellule oedométrique, une cellule pétroacoustique et également dans une cellule triaxiale dite haute température qui a été développée dans le cadre de cette thèse.Les divers essais de chargement mécanique et thermique dans cette thèse ont permis d'enrichir les connaissances sur le comportement thermo-hydro-mécanique des sables bitumineux ainsi que celui des sables reconstitués. Les paramètres investigués ont été la dilatation thermique, la compressibilité sous chargement oedométrique et triaxial isotrope et la résistance au cisaillement. Les différentes mesures des propriétés acoustiques (vitesses Vp et Vs, atténuations et modules dynamiques) effectués sur les sables naturels et reconstitués ont montré l'importance des propriétés des fluides saturants, principalement de leur viscosité. Le bitume est un fluide viscoélastique avec une viscosité qui varie avec l'élévation de la température. Aux températures in situ, il se comporte comme un solide avec un module de cisaillement. L'approche théorique de Ciz et Shapiro (2007), permet de prendre en compte ce module de cisaillement du fluide visqueux et généralise l'équation de Biot Gassmann. Son utilisation a été validée sur nos essais. La modélisation prend en compte les aspect dispersifs et permet d'extrapoler aux fréquences sismiques des résultats acquis en laboratoire avec des fréquences ultrasonores. Les vitesses Vp et Vs diminuent avec le passage de la chambre de vapeur. Les variations sont faibles mais peuvent être identifiées par la sismique 4D
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Lanoy, Maxime. "Acoustique des milieux bulleux : applications à la conception de métamatériaux et à la manipulation de bulles." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC147/document.
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Lorsqu’elle est excitée par une onde ultrasonore, une bulle d’air oscille. Les mouvementsl’interface eau-air entrainent un déplacement local du fluide hôte qui devient lesiège de la propagation d’une onde diffusée. Ce mécanisme très simple est fidèlementdécrit par le formalisme de Rayleigh-Plesset datant du début du siècle dernier. Abasse fréquence, au voisinage de la résonance de Minnaert, les oscillations de la bullepeuvent devenir particulièrement amples et la diffusion extrêmement efficace. Dansun environnement réaliste, les bulles sont présentes en grand nombre et la descriptionse complique sensiblement puisque la propagation résulte de l’interférence entre uneinfinité de séquences de diffusion.Au cours de cette thèse, nous introduirons les modèles de milieux effectifs quipermettent de prédire le comportement de fluides bulleux désordonnés. Après avoirété confrontées aux résultats issus de la simulation numérique, ces théories effectivesnous permettront de concevoir des matériaux désordonnés aux propriétés étonnantescomme la superfocalisation ou la réfraction négative.Nous envisagerons également l’étude d’arrangements cristallins et verrons que lapériodicité induit des modifications sensibles dans le comportement du milieu tout enconstituant un levier de contrôle efficace.Enfin, la bulle est susceptible de se mouvoir et, par conséquent, de ressentir desforces de pression de radiation. En particulier, Nous verrons comment la force deBjerknes secondaire, issue du champ diffusé par une bulle vers l’une de ses voisines,peut être exploitée afin de manipuler une ou plusieurs bulles mobiles au voisinaged’une ou plusieurs bulles piégéesA bubble undergoing an acoustic wave is likely to oscillate. The displacement of theair-fluid interface generates a local compression of the outer fluid where a scatteredwave is thus created. This very simple mechanism has been successfully described bythe famous Rayleigh-Plesset formula derived at the beginning of the previous century.At low frequencies, the resonant behavior (Minnaert) is responsible for a strongenhancement of the oscillations of the bubble which thus becomes a very efficientscatterer. In a realistic media, bubbles are not isolated. The interferences occurringbetween an infinity of scattering sequences make the description of the propagation alot harder to achieve.In this thesis, we introduce the effective theories that are classically adopted todescribe random bubbly liquids. After being compared to our numerical results, thesetheories are used in order to design bubbly materials featuring some interesting propertiessuch as superfocusing or negative refraction.The case of periodic assembly is addressed as well for both a simple square latticebubble raft and a cubic centered faces bi-periodic crystal. We show that the periodicityinduces an explicit modification in the dispersion of the medium and offers asimple tunable parameter.At last, we focus on the possibility for the bubble to move inside the host fluid andwhich is thus likely to experience an acoustic radiation pressure called Bjerknes force.We show how the secondary Bjerknes force, resulting from the wave scattered by abubble toward its neighbors, can be exploited in order to manipulate one or severalfree bubble flowing near one or several trapped bubbles
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Mamoud, Fady. "Modélisation de l'élasticité et du fluage des empilements gravitaires de sphères creuses métalliques brasées." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0056.
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Cette thèse a porté sur l'étude d'un matériau cellulaire destiné à combiner des propriétés mécaniques et acoustiques afin d'être employé pour réduire le bruit engendré par les tuyères de turbomachines. L'étude s'est focalisée sur l'élasticité et le fluage des matériaux cellulaires à base d'empilements gravitaires de sphères creuses métalliques brasées. La démarche a été de générer et de caractériser numériquement des empilements gravitaires. Ensuite, afin de permettre la simulation du comportement mécanique de ces matériaux, un modèle de calcul simplifié a été mis au point. Ce modèle a permis de caractériser numériquement les propriétés élastiques de ce type de matériaux mais n'a pas pu être utilisé pour simuler le fluage. Nous avons donc étudié le fluage de structures modèles, par des calculs en éléments finis volumiques. Cette étude a montré que, contrairement aux mousses, les matériaux à base de sphères creuses ne présentaient quasiment jamais de régime stationnaire en fluageThis thesis was about studying a cellular material intended to combine mechanical and acoustical properties in order to be used to reduce aircraft engines noise. The study focused on elasticity and creep of cellular materials based on gravity-driven packings of brazed metallic hollow spheres. The approach was, at first, to numerically generate and characterize experimental-like gravity-driven packings. Then, in order to enable us to simulate the mechanical behaviour of these materials, a simplified calculation model based on shell finite elements has been set-up. This model allowed us to numerically characterize the elastic properties of this kind of but could not be used to simulate the creep behaviour of the packings. We thus studied the creep behaviour of some model structures to assess the difference between these materials and metal foams behaviour. This study has shown that, unlike foams, hollow spheres based materials almost never display a steady creep state
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Huang, Weichun. "Acoustic properties of natural materials." Thesis, Le Mans, 2018. http://www.theses.fr/2018LEMA1031/document.
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Dans cette thèse, nous étudions un métamatériau inspiré de la paille de blé pour l'absorption parfaite du son. Une botte de paille estidéalisée comme un milieu poreux anisotrope, composé d’un arrangement périodique très concentré de tubes creux cylindriques. L’approche théorique de ce métamatériau repose sur l'homogénéisation asymptotique à deux échelles d'un réseau perméable de résonateursparfaitement rigides dont la physique est enrichi par des résonances internes. Les principales caractéristiques de ce milieu poreux sont lacompressibilité effective négative autour de la résonance du tube et la réduction drastique de la vitesse de propagation du son (slowsound) à très basse fréquence. Une configuration optimale est conçue, basée sur la condition de couplage critique, pour laquelle la fuited’énergie du système résonnant ouvert est parfaitement compensée par les pertes intrinsèques induites par les pertes viscothermiques.Des mesures en tube à impédance sont effectuées sur des échantillons fabriqués par impression additive pour valider les résultatsthéoriques. Nous montrons que ce métamatériau est un absorbeur sub-longueur d'onde capable d’une absorption parfaite à très bassefréquence et d'introduire une quasi-bande interdite autour de la résonance du tube. De plus, la nature anisotrope de ce matériau conduit àune absorption globalement élevée à basse fréquence et ce pour toutes les incidences. Cette étude offre la possibilité de concevoir unabsorbeur acoustique sélectif en angle et en fréquence. Pour conclure, les résultats de cette thèse montrent que la paille est un boncandidat pour une absorption acoustique parfaiteStraw-inspired metamaterials for sound absorption are investigated in this Thesis. A straw stack is idealized as a highly concentratedresonant anisotropic porous medium constituted of a periodic arrangement of densely packed cylindrical hollow tubes. The approach tothis metamaterial relies on the two-scale asymptotic homogenization of a permeable array of perfectly rigid resonators, where the physicsis further enriched by tailoring inner resonances. The main features of such sound absorbing medium are the possibility for the effectivecompressibility to become negative around the tube resonance and the drastic reduction of the effective sound speed (slow sound) at verylow frequency in the system. Moreover, an optimal configuration for sound absorption is designed, based on the critical couplingcondition, in which the energy leakage out of the open resonant system is perfectly compensated by the intrinsic losses induced by thevisco-thermal losses both in the anisotropic matrix and in the resonators. Impedance tube measurements are performed on 3-D printedsamples with controlled parameters to validate the theoretical results. This metamaterial is a sub-wavelength absorber that can achievetotal absorption at a very low frequency and possesses a quasi-band-gap around the tube resonance. Furthermore, the anisotropic nature ofthe configuration gives rise to high absorption at low-frequency range for all incidences and diffuse field excitation. It paves the way tothe design of angular and frequency selective sound absorber. To conclude, the results of this Thesis show that straw is a good candidatefor perfect sound absorption
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Combriat, Thomas. "Etude d'une assemblée de bulles microfluidiques excitées par une onde ultrasonore : transmission acoustique et phénomène de streaming." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY052/document.
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De par leur importante compressibilité et leur fréquence de résonance extrêmement basse, les bulles sont des objets physiques singuliers du point de vue de l'acoustique et de la mécanique des fluides. En utilisant la technique de la microfluidique afin de créer des assemblées de bulles bi-dimensionnelles, que nous excitons acoustiquement, nous étudions à la fois leur influence sur une onde sonore et sur le fluide présent à leur voisinage.Les bulles étant des résonateurs sub-longueur d'onde, nous montrons qu'une assemblée de micro-bulles va interagir avec une onde sonore de longueur d'onde bien plus importante que la taille des bulles individuelles. En proposant une méthode pour extraire la contribution des bulles au signal acoustique, nous montrons que leur résonance suit une loi légèrement modifiée par rapport à celle proposée par Minnaert pour des bulles sphériques.Nous avons également exploré le potentiel de ce système expérimental comme méta-matériau pour l'acoustique. Nous observons en effet une baisse de la transmission d'une onde sonore à travers ce matériau et ce, dans une gamme de fréquence située au-delà de la fréquence de résonance.Cette baisse de la transmission peut être ajustée à la fois en fréquence et en amplitude ce qui fait de ce système un méta-matériau adaptable dont les caractéristiques peuvent être facilement ajustéesBecause of the important compressibility of gas bubbles in water, inducing a very low resonance frequency, one can find interest in studying bubbles from an acoustic and a fluid mechanics point of view. Using microfluidics techniques in order to produce assemblies of acoustically driven bi-dimensional bubbles, we are studying their influence on both acoustic waves and the surrounding fluid.Bubbles being sub-wavelength resonators, we show that a micro-bubbles assembly interacts with acoustical waves which wavelengths that are substantially bigger than the bubbles size. Developing a way to extract bubbles contribution to the acoustic signal, we show that their resonance frequency follows a law slightly different from the one Minnaert had found for spherical bubbles. The impact of this medium on the acoustical wave has been studied and we show that a decrease in the acoustical transmission happens in a range of frequencies above the resonance. This decrease can be adjusted in amplitude and in frequency making our system an easily tunable metameterial.Because of the strong response of bubbles induced by acoustical waves, the bubbles surface oscillates with a great amplitude in the surrounding fluid. This oscillation, working together with a coupling present between the bubbles, can drive a strong steady streaming in the fluid. Systems of several bubbles are studied, and a theory is proposed in order to predict the flow they induce. The interaction between the streaming phenomenon and an external flow is also presented, showing that exclusion zones can be present under certain circumstances in these systems. These exclusion zones can be useful in micro-fluidics in order to trap particles or chemicals
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Jin, Yabin. "Design of acoustic artificial structured materials : piezoelectric superlattice, gradient index lens, pillar based phononic crystal plate." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10011/document.
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Les cristaux phononiques et métamatériaux acoustiques sont des matériaux structurés artificiels qui fournissent un moyen prometteur pour manipuler les ondes acoustiques avec de nombreuses applications potentielles nouvelles. Après une introduction à l'état de l'art, le chapitre 2 propose des multicouches actives à base de structures piézoélectriques résonnantes. Leur transmission et leurs propriétés effectives peuvent être contrôlées activement en changeant les conditions électriques. Le chapitre 3 développe des méthodes d'homogénéisation pour une plaque de cristal phononique et montre pour la première fois la possibilité de contrôler simultanément la propagation de toutes les ondes fondamentales de Lamb. La méthode est appliquée à la conception de lentilles à gradient d'indice. Le chapitre 4 propose un nouveau type de cristal phononique en plaque à base de piliers creux qui met en évidence de nouveaux modes fortement localisés, tels que les modes de galerie, aussi bien dans le gap de Bragg que dans un gap à basse fréquence. Ces modes peuvent être activement accordés en remplissant les parties creuses des piliers avec un liquide dont on contrôle la hauteur ou la température. Le chapitre 5 propose une métasurface acoustique comportant un pilier unique ou une ligne de piliers déposés sur une plaque. Ces piliers ont des modes de résonance dipolaires et monopolaires qui sont très sensibles aux paramètres géométriques des piliers. Nous étudions en détail l'amplitude et la phase des ondes émises lorsqu'une onde incidente est diffusée par les piliers et montrons qu'elles peuvent être décrites comme des ondes émises par les piliers résonnants comme sources d'ondes acoustiquesPhononic crystals and acoustic metamaterials are artificial structured materials which provide a promising way to manipulate acoustic/elastic waves with many novel potential applications. After an introduction to the state of the art, the 2nd chapter designs actively controlled multilayers with piezoelectric resonant structures. The corresponding transmission and effective properties can be tuned by changing the electric boundary conditions of the piezoelectric materials. The 3rd chapter develops homogenization methods for phononic crystal plates and demonstrates for the first time the possibility of controlling simultaneously all the fundamental Lamb waves. The full control method developed here is applied to the design of various gradient index lenses that can exhibit several functionalities such as wave focusing or wave beaming. The 4th chapter designs a new type of phononic crystal/metamaterial plate with hollow pillars that exhibits several new localized modes, such as whispering-gallery modes, inside both Bragg and low frequency band gaps. These modes can be actively tuned by filling the hollow parts with a liquid for which the height or the temperature is controlled. The 5th chapter proposes acoustic metasurface consisting of a single pillar or one line of pillars deposited on a thin plate. Local resonances of dipolar and monopolar symmetries can be characterized which are very sensitive to the pillar’s geometric parameters. We study the amplitude and phase of the waves resulting from the scattering of an incident wave by the pillars and show that they can be described as dipolar or monopolar waves emitted by the pillar resonators as acoustic sources
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Lei, Lei. "Étude des matériaux poreux thermo compressés pour la modélisation des écrans acoustiques automobiles." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2428/document.
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Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet EcOBEx, qui consiste à réduire le bruit du groupe motopropulseur rayonné à l'extérieur par l'ajout d'écrans acoustiques dans le compartiment moteur du véhicule. Les écrans acoustiques sont fabriqués par thermocompression de matériaux poreux uniformes. Les propriétés et l'épaisseur du matériau évoluent en fonction du degré de compression subit par le matériau. L'objectif de ce travail est de proposer des lois pour prédire l'évolution des propriétés des matériaux à partir du taux de compression et de leurs valeurs initiales avant compression. Dans un premier temps, on s'intéresse aux paramètres du modèle de fluide équivalent de Johnson-Champoux-Allard-Lafarge (JCAL) : porosité, résistivité au passage d'air, tortuosité, longueurs caractéristiques visqueuse et thermique, perméabilité thermique statique. Des expressions analytiques sont proposées pour prédire la variation de ces paramètres en fonction de la compression. Elles sont développées à partir d'un modèle de matériaux fibreux à fibres cylindriques où les variations d'orientation des fibres induites par la thermocompression peuvent être prises en compte. Les résultats sont en bon accord avec les mesures effectuées sur deux types de matériaux (mousse à cellules ouvertes et fibreux). Un modèle empirique généralisé est finalement proposé pour la résistivité au passage d'air. Dans un deuxième temps, on s'attache aux paramètres élastiques dont la connaissance est essentielle pour prendre en compte la vibration du squelette. La méthode expérimentale quasistatique est d'abord appliquée pour étudier l'évolution du module de Young par rapport au taux de compression pour les fibres et les mousses. Une loi de puissance est alors proposée pour prédire ces variations. Enfin, une méthode inverse pour estimer les propriétés élastiques d'un matériau poroélastique orthotrope à partir d'une mesure vibratoire d'un écran tricouche thermo comprimé est proposée. Cette méthode permet de caractériser les propriétés élastiques du matériau poreux dans une situation proche de son application réelleThis work was carried out in the framework of the project EcOBEx, whose main objective was to reduce the passby noise by mean of acoustic shields in the engine compartment of the vehicle. The acoustic shields are manufactured by thermocompression of uniform porous materials. The material’s properties and thickness evolve according to the degree of compression experienced by the material. The objective of this work is to propose some laws to predict the evolution of the materials properties from their initial non compressed values and the compression rate. Firstly, we focus on the parameters of the Johnson-Champoux-Allard-Lafarge (JCAL) equivalent fluid model : porosity, air-flow resistivity, tortuosity, viscous characteristic lengths, thermal characteristic length, static thermal permeability. Some analytical expressions are proposed to predict the variation of these parameters as a function of compression. They are derived from a physical model of cylindrical fibres where the fibre orientation variations induced by the thermocompression can be taken into account. The results are in good agreement with the measurements made two types of materials (open cell foam and fibrous). A generalized empirical model is finally proposed for the air-flow resistivity.In a second part, we focus on the elastic parameters, which are necessary to take into account the vibration of the skeleton. The quasi-static experimental method is first applied to study the evolution of the Young’s modulus along the compression rate for fibrous and open cell foams. A power law is then proposed to predict these variations. Finally, an inverse method for estimating the elastic properties of an orthotropic poro-elastic material from a vibratory measurement of a thermocompressed three layer sandwich structure is proposed. This method allows us to characterize the elastic properties of a porous material in a situation close to its actual application
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Aivaliotis, Alexios. "Propagation et diffusion des ondes au niveau macroscopique des métamatériaux limites via le modèle micromorphique relaxé." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI073.
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Les métamatériaux mécaniques microstructurés attirent de plus en plus l'attention de la communauté scientifique et technique. Nous choisissons une approche qui évoque la théorie classique de l'élasticité : celle de la mécanique des milieux continus enrichie. Le but de cette thèse est d'utiliser le nouveau modèle de continuité enrichie appelé modèle micromorphique relaxé détendu afin d'étudier la propagation des ondes et les phénomènes de diffusion aux interfaces entre matériaux et métamatériaux. Lorsqu'il s'agît d'étudier les propriétés de diffusion de structures de taille finie, il devient difficile de traiter les conditions limites correctes. Nous montrons comment les problèmes aux valeurs limites de domaines finis peuvent être mis en place dans le cadre du modèle micromorphique relaxé. Nous mettons en place la solution d'onde plane complète de la diffusion à partir d'une interface séparant un milieu de Cauchy d'un milieu micromorphique relaxé. Les conditions aux limites macroscopiques généralisées sont présentées. Ils permettent de bien décrire les propriétés de diffusion. Le flux d'énergie généralisé associé est introduit. On considère deux cas différents dans lesquels le milieu homogène gauche est soit plus rigide soit plus flexible que le métamatériau droit et le coefficient de transmission est obtenu en fonction de la fréquence et de la direction de propagation. Le contraste des raideurs macroscopiques des deux milieux, influencent l'apparition des ondes Stoneley. On considère par la suite un problème de propagation des ondes de volume et on démontre que les formes d'ondes transitoires résultant de plusieurs impulsions localisées dans un matériau microstructuré peuvent être reproduite. Nous comparons la réponse dynamique d'un matériau microstructuré et lié à celle d'un milieu lié avec des propriétés cinématiques particulières. On démontre que, bien que la théorie de Cauchy soit capable de décrire le comportement global de la métastructure à de basses fréquences, le modèle micromorphique détendu va bien au-delà en donnant une description correcte de la propagation de l'impulsion dans la bande de fréquence et à des fréquences qui croisent les branches optiques. Enfin, on présente le cas d'une dalle de métamatériau de largeur finie. Ses propriétés de diffusion sont étudiées en utilisant une solution semi-analytique du modèle micromorphique relaxé et comparées à des simulations. Le coefficient de réflexion obtenu par les deux méthodes est présenté en fonction de la fréquence et la direction de propagation de l'onde incidente. On trouve un excellent accord pour une large gamme de fréquences, allant de la limite des ondes longues aux fréquences au-delà de la première limite de la bande, et pour des angles d'incidence allant d'une incidence normale à une incidence presque parallèle. Le cas d’un métamatériau semi-infinie est également présenté et est considéré comme une mesure fiable du comportement moyen de la métastructure finieMechanical microstructured metamaterials are increasingly gaining attention from the scientific and engineering community. The question of modeling the behavior of metamaterials is of extreme importance. Some choose an approach, which is reminiscent of the classical theory of elasticity: enriched continuum mechanics. We employ the enriched continuum model named relaxed micromorphic model in order to study wave propagation and scattering at interfaces between materials and metamaterials. Dealing with the correct boundary conditions at the macroscopic scale becomes challenging. We show how finite-domain boundary value problems can be set-up in the framework of the relaxed micromorphic model. We set up the full plane wave solution of the scattering from an interface separating a Cauchy medium from a relaxed micromorphic one. Both media are isotropic and semi-infinite. Generalized macroscopic boundary conditions are presented, which allow the effective description of the scattering properties of an interface between a homogeneous solid and a mechanical metamaterial. The associated generalized energy flux is introduced. We show that the contrast of the macroscopic stiffnesses of the two media, together with the type of boundary conditions strongly influence the onset of Stoneley waves at the interface. This allows to tailor the scattering properties of the interface at both low and high frequencies, ranging from zones of complete transmission to zones of zero transmission well beyond the band-gap. We then consider a bulk wave propagation problem and show that the transient waveforms arising from several localised pulses in a micro-structured material can be reproduced. We compare the dynamic response of a bounded micro-structured material to that of bounded continua with special kinematic properties. We show that, while the Cauchy theory is able to describe the overall behavior of the metastructure only at low frequencies, the relaxed micromorphic model goes far beyond by giving a correct description of the pulse propagation in the frequency bandgap and at frequencies intersecting the optical branches. Finally, we present the case of a metamaterial slab of finite width. Its scattering properties are studied via a semi-analytical solution of the relaxed micromorphic model and compared to numerical simulations encoding all details of the selected microstructure. The reflection coefficient obtained via the two methods is presented as a function of the frequency and the direction of propagation of the incident wave. We find excellent agreement for a large range of frequencies. The case of a semi-infinite metamaterial is also presented and is seen to be a reliable measure of the average behavior of the finite metastructure
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Michau, Marc. "Méthode des impédances mécaniques virtuelles optimales pour le contrôle actif vibroacoustique d'un panneau aéronautique." Thèse, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/6017.
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L'utilisation de plus en plus fréquente de matériaux composites, qui combinent une raideur
importante pour une faible masse, afin d'alléger les structures aéronautiques, entraîne la
dégradation des performances d'isolation acoustique aux bruits extérieurs. La plupart du
temps, ces nuisances sonores sont réduites par l'installation de matériaux isolants. Ces
méthodes, dites passives, deviennent inefficaces aux basses fréquences et il est possible de mettre en place un contrôle actif au moyen de transducteurs électromécaniques. Dans le but de réduire la puissance acoustique transmise à travers la double paroi aéronautique
dans la cabine, des unités de contrôle composées d'un actionneur et d'un capteur colocalisé dual sont réparties sur le panneau intérieur afin d'en modifier la vibration. Cette stratégie de contrôle actif vibroacoustique permet, pour des perturbations primaires harmoniques, d'imposer localement une impédance mécanique virtuelle à la structure, au moyen d'un contrôleur décentralisé. Cependant, sans communication entre les unités, le contrôle peut difficilement minimiser un critère global comme la puissance acoustique rayonnée. Afin de calculer les impédances mécaniques virtuelles qui garantissent la minimisation de la puissance acoustique rayonnée par la structure, une approche en deux étapes est considérée :
(1) la matrice diagonale des impédances mécaniques virtuelles optimales est calculée à
partir de mesures acoustiques ou vibratoires de la perturbation primaire et des transferts
avec les actionneurs secondaires, (2) l'objectif exprimé en terme d'impédances mécaniques virtuelles est atteint grâce à un contrôle en temps réel. Une attention particulière est portée à la comparaison de cette approche avec une stratégie classique d'amortissement actif réalisée par un contrôle par rétroaction sur la vitesse de la structure, où l'impédance mécanique virtuelle alors imposée est un réel positif. Le calcul optimal réalisé à l'issue de la première étape se faisant pour une perturbation primaire donnée, la robustesse de la méthode aux variations de la perturbation primaire est un aspect également développé dans cette étude. Des résultats théoriques et expérimentaux sont comparés dans le cas académique d'une plaque mince d'aluminium simplement appuyée et soumise à une onde plane incidente. Enfin, la méthode est appliquée au panneau intérieur d'une double paroi aéronautique, à savoir une structure courbée, en matériau composite, et composée d'un hublot.
Contrairement à la majorité des études qui considèrent l'implantation d'impédances
virtuelles dissipatives, il apparaît que, dans certains cas, le contrôle optimal requiert
l'injection d'énergie des unités à la structure.
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Merotte, Justin. "Contribution a l'étude des matériaux composites renforcés par des fibres végétales aiguilletées." Thesis, Lorient, 2017. http://www.theses.fr/2017LORIS444.
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Proposer des solutions permettant de concevoir et de fabriquer des pièces automobiles performantes mais également respectueuses de l’environnement est devenu un enjeu majeur pour les équipementiers automobiles. Ces travaux de thèse s’inscrivent donc dans ce contexte de compréhension et d’amélioration des matériaux composites non-tissés aiguilletées renforcés par des fibres végétales. À partir d’un même matériau de base, il est possible d’obtenir des structures et des propriétés différentes grâce au contrôle du taux de porosités dans le matériau. On peut ainsi conférer au composite de bonne propriétés d’absorption acoustique à des taux de porosités élevés (50%) ou au contrainte privilégier la tenue mécanique du produit en les limitant. La structure du matériau et la liaison fibre/matrice vont évoluer avec la fraction de porosités et en résulteront des comportements mécaniques bien différents. Suivant le taux de porosité, les performances mécaniques seront donc principalement gouvernées par des paramètres différents tels que la liaison interfaciale ou le renfort. Dans un environnement automobile, les conditions climatiques (humidité et température) jouent un rôle prépondérant dans les performances des biocomposites non-tissés. En effet, l’adhérence fibre/matrice est essentiellement liée aux contraintes radiales compressives, qui sont largement influencées par l’état hygrométrique du renfort. Enfin, la valorisation les chutes de fabrication issues de la thermocompression pour modifier la structure du composite non-tissé a permis de développer un produit présentant un gain en rigidité significatifProposing solutions to produce more efficient and environmentally friendly automotive parts has become a major challenge for tier one suppliers. The work described in this thesis is about understanding and improving composite materials made with commingled plant fibre nonwovens. From the same initial nonwoven, it is possible to obtain very distinct material structures by controlling porosity content. One can then give to the material enhanced acoustic properties with high porosity content (50%) or in the contrary show good mechanical properties by limiting porosities. Material structure will evolve with porosity as well as its mechanical behavior. Thus, as function of porosity, interfacial adhesion of fibre mechanical properties will govern composite mechanical properties. Biocomposite automotive parts are exposed to a large range of climatic environments and their mechanical properties can vary significantly. Indeed, radial stresses are drastically influenced by the reinforcement hygroscopic state. Finally, the idea developing an innovative material structure from compression moulding wastes has helped enhancing material rigidity
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Malléjac, Matthieu. "Metamaterials with extreme properties for the control of acoustic waves." Thesis, Le Mans, 2020. http://cyberdoc-int.univ-lemans.fr/Theses/2020/2020LEMA1024.pdf.
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Les métamatériaux à indice nul, pour lesquels au moins un des paramètres effectifs s’annule (densité ou compressibilité dynamique pour l’acoustique), ont fait l’objet d’une attention considérable au cours de ces dernières années. Ces matériaux ont la particularité d’induire une augmentation remarquable de la longueur d’onde effective, offrant ainsi de nombreuses possibilités d’application, incluant entre autres la propagation sans changement de phase, la dissimulation acoustique de diffuseurs, le contrôle de la directivité, etc. Ce travail de doctorat se concentre particulièrement sur le régime de densité effective quasi-nulle dans des métamatériaux acoustiques constitués de plaques fines dans l’air. Grâce à une étude approfondie d’un arrangement périodique de fines plaques élastiques encastrées dans un guide d’onde, nous avons pu explorer analytiquement, numériquement et expérimentalement certains des effets ci-dessus. Une attention particulière est portée sur les pertes inhérentes à ce type de système et à leurs conséquences sur les comportements attendus. Nous débutons par l’étude numérique et l’observation expérimentale d’une propagation sans changement de phase à travers le métamatériau, à une fréquence située dans une bande interdite du système fini. Nous transposons ensuite le concept de dopage photonique à l’acoustique. L’ajout dans le système d’une impureté, ici un résonateur de Helmholtz bien choisi, permet de transformer le régime de densité nulle en un régime où la densité et la compressibilité sont simultanément quasi-nulles. Ainsi, la propagation sans changement de phase est accompagnée d’une transmission unitaire, due à l’accord d’impédance du système avec l’air environnant. Nous étudions enfin la possibilité de réaliser une dissimulation ou un masquage acoustique d’un objet en utilisant l’extension de la longueur d’onde acoustique, offerte par la densité nulleZero-index metamaterials, for which at least one of the effective parameters (density or dynamic compressibility for acoustics) vanishes, have received considerable attention in recent years. These materials have the particularity of inducing a considerable increase in the effective wavelength, thus offering numerous application possibilities, including, among others, propagation without phase change, acoustic hiding of diffusers, directivity control, etc. This PhD work focuses particularly on the near-zero effective density regime in acoustic metamaterials made of thin plates in air. Through an in-depth study of a periodic arrangement of thin elastic plates embedded in a waveguide, we have been able to explore analytically, numerically and experimentally some of the above effects. Particular attention is paid to the losses inherent to this type of system and their consequences on the expected behavior. We begin by studying numerically and experimentally observing a phase-change-free propagation through the metamaterial at a frequency in a stopband of the finite system. We then transpose the concept of photonic doping to acoustics. The addition of an impurity, here a well-chosen Helmholtz resonator, to the system allows to transform the regime of zero density into one where density and compressibility are simultaneously near zero. Thus, propagation without phase change is accompanied by a unitary transmission, due to the impedance matching of the system with the surrounding air. Finally, we study the possibility of performing acoustic hiding or masking of an object using the acoustic wavelength stretching offered by the zero density
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Oudich, Mourad. "Contribution à l'étude des cristaux phononiques à résonance locale dans les régimes sonique et hypersonique : approches théorique et expérimentale." Thesis, Nancy 1, 2011. http://www.theses.fr/2011NAN10065/document.
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Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés d'abord au mécanisme de résonance locale en développant différents modèles théoriques pour l'étude de nouveaux cristaux phononiques à résonance locale (CPRL) en plaque dont l'élément principal et l'élastomère (silicone rubber). Le mode opératoire de ce mécanisme a été étudié et les ouvertures des bandes interdites ont été interprétées théoriquement ainsi que les phénomènes physiques mis en jeu. La mise en évidence expérimentale de la bande interdite a été réalisée par la fabrication et la caractérisation de structures CPRL et une parfaite concordance a été constatée entre les résultats théoriques et expérimentaux. Une étude des phénomènes de guidage a permis par ailleurs de montrer la possibilité du confinement et de la transmission d'un seul mode élastique au niveau d'un CPRL. Dans un second temps, nous avons montré que les propriétés d'un CPRL peuvent être reproduites dans le régime hypersonique. En effet, par le biais de la mise en place d'un nouveau modèle théorique et en proposant un nouveau CPRL à ondes de surface à base de films de diamant, nous avons pu montrer que ce type de cristal peut faire l'objet d'applications potentielles à des fins de guidage et de démultiplexage et ainsi initier la conception de nouveaux dispositifs miniaturisés à ondes de surface destinés aux systèmes de télécommunications (>GHz)In this PhD work, we focused our interest on the theoretical and experimental study of locally resonant phononic crystals (LRPC) operating in sonic and hypersonic regimes. We first developed numerical models to understand the dispersion behaviour of elastic waves in those plate-type LRPC in which the silicone rubber plays a key role. We showed that with such structure, we can understand clearly how the local resonance (LR) mechanism operates to give rise to opening of low frequency BG two orders of magnitude that the one allowed by Bragg diffusion. The physics behind such structures was also figured out by means of theoretical models. An experimental study was then undertaken by manufacturing a new LRPC plate which has been characterized in terms of elastic behaviour and BG investigation. A perfect concordance was demonstrated between the theoretical an experimental results by evidencing a 2kHz BG opening using a 6mm diameter rubber stub and 1cm periodicity. In addition, waveguiding phenomena was investigated in those structures and showed the possibility of guiding of only one defect mode unlike conventional PCs in which many defects modes are generated. A second part of this study was dealt with LR mechanism in hypersonic regime. Using a new numerical and theoretical approach, we were able to show the BG opening and waveguiding for surface acoustic waves (SAW) in a LRPC composed of metallic stubs arranged on a diamond semi-infinite substrate. The added value of LR in such frequency regime remains in its ability to select only one guided mode due to the longer involved wavelengths. Such structures can then be suitable for filtering and demultiplexing applications
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Brouard, Yoann. "Caractérisation et optimisation d'un composite biosource pour l'habitat." Thesis, Tours, 2018. http://www.theses.fr/2018TOUR4024.
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Cette étude a pour objet de comparer les propriétés acoustiques, mécaniques et hygrothermiques de différents biocomposites destinée à l’isolation des bâtiments à base de granulats issus de co-produits végétaux et d’un liant à base d’argile. Nous avons d’abord analysé les matières premières afin d’obtenir d’une part la masse volumique et les propriétés thermiques et hydriques des granulats végétaux et les caractéristiques minéralogiques et gravimétriques de la terre crue sélectionnée d’autre part. L’évolution de la conductivité thermique des mélanges terre:granulats végétaux a été étudiée à différents taux d’humidité et différentes masses volumiques. D’un point de vue hydrique, les capacités de sorption/désorption de ces matériaux ont été mesurées en régime statique de même que la capacité de tampon hydrique simulant un régime dynamique. L’un des principaux intérêts de cette étude est de confirmer qu’une large gamme de co-produits végétaux produits à l’échelle locale pourrait être utilisée en tant que granulats pour l’élaboration de bétons végétauxThe purpose of this study was to compare hygrothermal acoustical and mechanical properties ot different materials based on vegetal aggregates and clay in order to characterize the performances of different biocomposites to provide building insulation solutions with a view to valorizing agricultural waste. We first analyzed the raw materials in order to get the density, thermal and hydric properties of the vegetal aggregates in one hand and the mineralogy and gravimetric data of the selected crude earth in the other hand. Thermal behavior of earth:vegetal aggregates mixes have been investigated at different humidity rates and different density ranges. Additionally, hydric properties have been measured to produce sorption and desorption curves and moisture buffer values (MBV) in one hand and capillarity of both aggregates and biocomposites on the other hand. One of the main interests of this study is to confirm that a wide range of locally produced vegetal byproducts could be used as - bioaggregates for concretes. Local biomaterials industries could therefore emerge depending on the locally available resources at country scale
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Abi, Ghanem Maroun. "Microscope opto-acoustique utilisant la technique d'acoustique picoseconde pour l'échographie cellulaire." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0167/document.
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L’adhésion et les propriétés mécaniques des cellules jouent un rôle crucial dans le fonctionnementcellulaire ainsi que dans l’apparition de maladies dégénératives. Pour mesurer ces quantités, nousavons développé dans ce travail un microscope opto-acoustique pour l’imagerie non-invasive de lamécanique de cellules individuelles avec une résolution sub-cellulaire. Ce microscope utilise latechnique d’acoustique picoseconde qui permet de générer et détecter optiquement des ondesacoustiques avec une large bande s’étendant jusqu’à 1 THz. Dans le but de reproduire lecomportement mécanique des cellules à des fréquences acoustiques supérieures à 10 GHz, uneétude sur des objets mous biomimétiques est menée dans une première partie. Les rigidité, viscositéet épaisseur de ces systèmes multicouches micrométriques sont caractérisées. Dans la deuxièmepartie de ce manuscrit, la technique d’acoustique picoseconde est employée pour imager le contactentre une cellule animale modèle et un biomatériau, ainsi que l’impédance acoustique de cette cellule.Un outil d’analyse nécessaire pour le traitement du signal acoustique est mis en place. Enfin, unmicroscope opto-acoustique opérationnel entre 10 et 100 GHz est présenté dans la dernière partie. Ilest basé sur un dispositif pompe-sonde asynchrone qui permet de produire des images acoustiquesen un temps court (4 pixels/min) avec une résolution axiale de l’ordre d’une dizaine de nm. Cetteapproche est comparable à une échographie mais à l’échelle cellulaire. L’étude de l’adhésion et despropriétés mécaniques de plusieurs types de cellules à différents stades de maturation est abordée.Des images topographiques des zones fines (< 50 nm) d’une cellule sont également analysées. Lemicroscope développé durant cette thèse offrira la possibilité d’explorer de nouvelles pistes derecherche dans les domaines de la biologie cellulaire et des biotechnologiesAdhesion and mechanical properties of cells are key players in several cellular functions and areinvolved in the development of degenerative diseases. To characterize these quantities, we developedin this work an opto-acoustic microscope for the non-invasive imaging of the mechanics of individualcells with a sub-cell resolution. This microscope uses the Picosecond Ultrasonics (PU) technique thatallows optical generation and detection of acoustic waves with a large bandwidth up to 1 THz. In orderto reproduce the mechanical behaviour of cells at acoustic frequencies greater than 10 GHz, a studyof cell-mimicking micro-objects is first considered. The rigidity, viscosity and thickness of these microlayeredstructures are characterized. In the second part of this manuscript, the PU technique isapplied for imaging the contact between a simple animal cell and a biomaterial, as well as the acousticimpedance of this cell. An essential tool for analysing the acoustic signal is developed. In the thirdpart, the opto-acoustic microscope operating between 10 and 100 GHz is finally presented. It is basedon an asynchronous pump-probe setup that allows producing acoustic images within a short time (4pixels/min) and offering an axial resolution of about 10 nm. This is similar to cell ultrasonography. Thestudy of the adhesion and of the mechanical properties of different cell types at different stages of cellmaturation is then tackled. The topographic images of thin cell regions (< 50 nm) are also analysed.The microscope implemented during this thesis should offer the possibility of exploring new avenuesin the field of cellular biology
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Wang, Wei. "Manipulation of Lamb waves with elastic metamaterials." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS414.
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Nous développons des métamatériaux élastiques à piliers pour manipuler les ondes de Lamb. Dans un premier temps, les propriétés négatives associées aux résonances de flexion, de compression et de torsion dans deux structures constituées de piliers sur un seul côté d’une membrane sont examinées. Nous décrivons deux mécanismes différents des propriétés de double négativité. Le potentiel de ces structures pour la réfraction négative et le cloaking acoustique est démontré. Deuxièmement, nous présentons le transport protégé topologiquement des ondes de Lamb par analogie avec les effets Hall quantiques de spin et de vallée. En réorganisant les structures précédentes en un réseau en nid d'abeille, un cône de Dirac simple et un cône de Dirac double sont introduits. Nous discutons de l’apparition d’états de bord protégés topologiquement par une vallée dans une structure à piliers double face asymétrique. La propagation unidirectionnelle des états de bord est étudiée. De plus, nous considérons un système double face symétrique. Les états de bord protégés topologiquement sur le pseudospin et sur le pseudospin-vallée sont démontrés. Troisièmement, nous proposons une approche pour contrôler activement la transmission de l’onde de Lamb antisymétrique se propageant à travers une ligne infinie de piliers. Deux situations différentes avec les résonances de flexion et de compression respectivement séparées ou superposées sont étudiées. Une force de traction externe et une pression sont appliquées sur les piliers, ce qui permet de les coupler avec les vibrations de flexion et de compression. La transmission est étudiée en fonction de l’amplitude et de la phase relative des sources externesWe develop elastic pillared metamaterials to manipulate Lamb waves. Firstly, the negative properties associated with bending, compression and torsion resonances in two structures consisting of pillars on one side of a thin plate are examined. We describe in details two different mechanisms at the origin of doubly negative property. The potential of these structures for negative refraction of Lamb waves and acoustic cloaking is demonstrated numerically. Secondly, we present the topologically protected transport of Lamb waves by analogy with quantum spin and valley quantum Hall effects. By rearranging the previous structures into a honeycomb network, a single Dirac cone and a double Dirac cone are introduced. We discuss the appearance of topologically valley-protected edge states in an asymmetrical double-sided pillar structure. The unidirectional propagation of edge states on different domain walls is studied. In addition, we consider a symmetrical double-sided system allowing the separation of the symmetric and antisymmetric modes. Combined edge states protected topologically by pseudospin and pseudospin-valley degree of freedom are demonstrated. Third, we propose an approach to actively control the transmission of the antisymmetric Lamb wave propagating through an infinite line of pillars. Two different situations with bending and compression resonances respectively separated or superimposed are studied. External tensile force and pressure are applied to the pillars, which allows them to couple with the bending and compressive vibrations. The transmission is studied as a function of the amplitude and the relative phase of the external sources
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Parra, Martinez Juan Pablo. "On multilayered system dynamics and waves in anisotropic poroelastic media." Doctoral thesis, KTH, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-195801.
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The mechanical and acoustic anisotropy of media is a governing factor in the behaviour of multilayered systems including such media. The understanding of the mechanisms conditioning the dynamic behaviour of multilayered systems is of paramount importance. In particular, the intrinsic anisotropy of poroelastic media presents a potential for the optimal design of systems for multifunctional performances. Indeed, these multilayered systems are bound by stiffness, thermal and acoustic performance constraints in simultaneously. A plane wave method is presented to study the influence of material orientation in the dynamic behaviour of multilayered systems composed of anisotropic poroelastic media. The method is applied to a system composed of an anisotropic open-celled melamine foam core in between two metal sheets. This particular multilayered configuration allows to shed light on phenomena intrinsic to layers composed of anisotropic poroelastic materials, such as the frequency shift of the fundamental resonance of the panel, or the compression-shear coupling effects taking place in the poroelastic core layers. The latter phenomena is of particular importance, as it is evidenced on the unconventional polarisation of waves in anisotropic poroelastic media. Finally, the method is adapted to the optimisation of multilayered systems for acoustic performance. the design variables are consequently the core material orientations with respect to the global coordinate system. The solutions to the optimisation problem are analysed in terms of dynamic behaviour, thus allowing to correlate acoustic performance of the overall structure, and the response of each individual layer.QC 20161110
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Chaban, Levgeniia. "Investigation of thermal and mechanical behavior of ultra-thin liquids at GHz frequencies." Thesis, Le Mans, 2017. http://www.theses.fr/2017LEMA1039/document.
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La structuration des liquides près d'interfaces est liée aux forces d'interactions liquides/interface à des distances de quelques dimensions moléculaires. Cet effet universel joue un rôle primordial dans divers domaines tels que le transport de chaleur, le transport de particules à travers les membranes biologiques, la nanofluidique, la microbiologie et la nanorhéologie.Le but principal de cette thèse est de réaliser l'échographie par laser de liquides nanostructurés près d'une interface, afin de mieux comprendre les propriétés physiques de liquides confinés à des échelles moléculaires. La méthode utilisée est la technique d'acoustique picoseconde, qui est une technique tout optique impliquant des lasers impulsionnels pour la génération et la détection d'ultrasons picosecondes. Nous avons adapté la technique pour étudier les propriétés acoustiques longitudinales à haute fréquence des liquides ultra-minces. Les résultats de la diffusion de Brillouin dans le domaine temporel sont utilisés pour déterminer le profil de distribution de la température dans le volume de liquide étudié qui peut être extrapolé aux dimensions nanométriques. Les résultats sur le changement de la fréquence de Brillouin aussi bien que sur l’atténuation acoustique en fonction de la puissance du laser donnent un aperçu de la relation entre les propriétés thermiques et mécaniques des liquides. L'analyse de Fourier des résultats pour différentes épaisseurs de liquide donnent l'information sur la vitesse du son et de l’atténuation aux fréquences GHz. Ce nouveau schéma expérimental est une première étape vers la compréhension des liquides confinés mesuré par l'échographie d'ultrasons aux fréquences GHzThe phenomenon of liquid structuring near interfaces is related to the liquid/interface interaction forces at distances of some molecular dimensions. Despite the fact that this universal structuring effect plays a key role in various fields such as heat transport, particle transport through biological membranes, nanofluidics, microbiology and nanorheology, the experimental investigation of liquid structuring remainschallenging.The aim of this PhD thesis is the experimental study of the structuring/ordering of liquids at nanoscale distances from their interfaces with solids. In this context, we have adapted the experimental technique of picosecond laser ultrasonics to investigate high-frequency longitudinal acoustic properties of ultrathin liquids confined between solid surfaces of different types. At first, we will present results of time-domain Brillouin scattering (TDBS) used to determine the temperature distribution profile in the investigated liquid volume which can be extrapolated to nanometer dimensions. Results for the evolution of the extracted Brillouin scattering frequencies and attenuation rates recorded at different laser powers give insight to the intrinsic relationship between thermal and mechanical properties of liquids. Second, we will describe our results for the measurements of mechanical properties of ultrathin liquids with a nanometric resolution. Fourier analysis of the recorded TDBS signals for different liquid thicknesses yield the value of the longitudinal speed of sound and attenuation at GHz frequencies. This novel TDBS experimental scheme is a first step towards the understanding of confined liquids measured by GHz ultrasonic probing
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Guo, Xinxin. "Nonlinear architected metasurfaces for acoustic wave scattering manipulation." Thesis, Le Mans, 2018. http://www.theses.fr/2018LEMA1030/document.
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Ces dernières années, les métamatériaux acoustiques sont largement étudiés pour leur intérêt dans la réalisation de divers types de contrôle des ondes à une échelle sub-longueur d’onde. En particulier, les métasurfaces acoustiques ont montré leur capacité à manipuler des ondes en limites de milieux de propagation via les processus de réflexion, de transmission et de réfraction. Contrairement au régime linéaire qui concerne l’immense majorité des travaux sur les métamatériaux acoustiques, les études sur les propriétés non linéaires des métamatériaux, de surcroit des métasurfaces, restent peu nombreuses, malgré la possibilité de générer des phénomènes acoustiques riches et variés. Les principaux freins au développement des métamatériaux non linéaires sont l'efficacité généralement faible de la réponse non linéaire et le manque de contrôle sur cette non-linéarité. Les travaux de recherche présentés ici ont donc pour objectif de concevoir des architectures de métasurfaces élastiques, permettant un contrôle des ondes acoustiques dans le régime non linéaire. En particulier l’effet de conversion d’une onde fondamentale vers son deuxième harmonique est étudié dans le processus de réflexion et de transmission unidirectionnelle. Cela nécessite le design de la non-linéarité élastique, qui est réalisé à base de modélisations discrètes de systèmes masses-ressorts et d'architectures composées d'éléments tournants. Les métasurfaces ainsi conçues, résonantes et à non-linéarité contrôlée, permettent de générer des effets non linéaires acoustiques inhabituels, potentiellement intéressants pour la manipulation d'ondes acoustiquesIn recent years, acoustic metamaterials have proven to be of great interest for their ability to achieve a variety of wave control at sub-wavelength scale. In particular, acoustic metasurfaces have shown their ability to manipulate waves from the boundaries of propagation media, via the reflection, transmission and refraction processes. Unlike the linear regime which has been extensively investigated in acoustic metamaterials, studies of the nonlinear acoustic properties of metamaterials, especially nonlinear acoustic metasurfaces, are quite scarce, despite the possibility to lead to a rich and diverse set of non-trivial acoustic phenomena. The key limitations in the development of nonlinear acoustic metamaterials are the typically weak efficiency of their nonlinear response together with the lack of control on this nonlinearity. This PhD research is thus dedicated to the design of nonlinear elastic metamaterial and metasurface architectures, enabling acoustic wave control in the nonlinear regime. Specifically, the conversion effect from a fundamental wave to its second harmonic is studied through the one-dimensional scattering process (reflection and transmission) by metasurfaces. This requires the elastic nonlinearity management, realized via the discrete modeling of lumped-element systems and architectures made of rotating units. Such designed metasurfaces, resonating and with harnessed nonlinearity, can create unusual nonlinear acoustic effects, potentially interesting for wave control. This research open the path to a more systematic study of nonlinear acoustic wave manipulation by metamaterials