Consistance des modèles de symétrie des milieux effectifs utilisés en diffusion multiple

La modélisation de la propagation d’ondes dans les structures multifissurés est d’un intérêt majeur pour leur contrôle (non destructif) et leur dimensionnement. La question posée dans cette communication touche à la capacité de décrire la propagation d’ondes cohérentes (ou ondes moyennes) suivant toutes les directions (de l’espace) de tels milieux, à partir de la seule connaissance des propriétés effectives du milieu le long de ses directions principales macroscopiques (de symétries matérielles). L’importance de cette question est illustrée en considérant la propagation de l’onde de cisaillement antiplane cohérente et homogène, en incidence oblique sur une distribution aléatoire de fissures plates mutuellement parallèles. L’approximation de la lenteur de phase effective calculée à partir de l’équation de dispersion spécifique aux milieux orthotropes est alors comparée à des résultats de référence obtenus par une méthode directe de calcul considérant des ondes incidentes sur les fissures. Il s’avère que les raideurs effectives présentent dans l’équation de dispersion du modèle dit orthotrope (a priori en adéquation avec la symétrie élastique du milieu) doivent être dépendantes de la direction de propagation des ondes incidentes afin que celle-ci soit consistante avec les résultats de référence. La description matérielle macroscopique (justifiée dans le cas quasi-statique, ou de très grandes longueurs d’ondes) se trouve donc être à portée limitée et ne peut décrire correctement l’anisotropie de la propagation en régime fréquentiel intermédiaire. Finalement, le choix de la loi de Hooke comme loi constitutive du milieu homogène équivalent s’avère inadaptée pour ce régime fréquentiel

Simulation de la propagation d'ondes SH dans des structures périodiques et de la diffusion multiple d'ondes de volume en milieux aléatoires

Cette thèse concerne l étude de la propagation d ondes acoustiques dans des structures hétérogènes. Le but essentiel de ces travaux est de confronter des résultats d expériences numériques effectuées dans le domaine physique (espace, temps) à des prédictions analytiques pour la propagation des ondes de surface SH le long d un demi-espace stratifié périodique produisant des spectres discontinus de dispersion pour les ondes, ainsi que pour la diffusion multiple dans des milieux aléatoires inclusionnaires (fissures, cavités). Le code numérique FDTD développé lors de cette étude a permis, en autres choses, de corroborer quantitativement les fenêtres spectrales théoriques d existence des ondes de surface dans les demi-espaces périodiques,ainsi que de montrer des zones de validité fréquentielles des approches analytiques de diffusion multiple concernant les propriétés effectives de milieux aléatoires.The study is concerned with acoustic waves in elastic media with a different nature of in homogeneity consisting in either periodically continuous or piece wise variation of material properties, or in random sets of defects embedded into a homogeneous matrix, with a given statistical distribution. The scope of problems is topical in non-destructive testing and other applications of ultrasound.Theoretical methods describing involved acoustic phenomena (complex dispersion features, coherent wave in random media, ensemble average techniques) often rely on certain a priori assumptions which render numerical verification especially important.The thesis presents results of analytical modelling of the propagation of surface acoustic waves along periodic half-space, for which the dispersion spectrum is rather complex (discontinuous spectrum of propagation for the surface waves). A 2nd order FDTD numerical code has been developed in order to perform numerical experiments in the space and time domains, and to corroborate the analytical predictions in the frequency domain. A good agreement of simulated results with analytical modelling demonstrates applicability and consistency of the numerical tool. Finally, the code has been used for extracting numerically the coherent wave regime (mean wave over ensemble averaging of the positions of scatterers) for the acoustic propagation in different types of populations of randomly distributed scatterers. The results indicate ranges of validity of some multiple scattering analytical techniques.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Étude des interactions élasto-acoustiques dans des métamatériaux formés d'inclusions résonnantes réparties aléatoirement

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.Stealth is a major issue in naval defence. In this context, DCNS Research wants to know if locally-resonant acoustic metamaterials represent a technological breakthrough in comparison to current anechoic materials. We propose here a design of structures with randomly distributed spheres, based on a consequent parametric study. Samples of locally resonant materials were manufactured. Then, their acoustic response has been measured and compared to predictions based on multiple scattering theories. The presence of resonances and the impact of a non-null incidence angle have been highlighted. Finally, we developed a characterization method of the effective properties, from measurements of coefficients of reflection and transmission. Its design is based on an originally experimental setup. Difficulties coming from the retrieval of the dynamic mass density have been showed.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Pressure effects on the resonant attenuation of soft porous beads-based materials for underwater acoustics

Dedicated coating materials for anechoism and furtivity in underwater acoustics must exhibit a strong reliability regarding their mechanical resistance to hydrostatic pressure. Soft porous materials, especially, a distribution of soft porous beads within a polyurethane matrix, have been previously proposed as an acoustic insulator device. The purpose of the present letter is to investigate the attenuation efficiency of soft porous silicone beads-based materials while being exposed to uniaxial loads mimicking hydrostatic pressures encountered in underwater acoustics. The acoustic performance of this locally resonant material is then compared to the classical coating technology using micro-balloons. The use of an adapted surfactant (a silicone alkyl polyether compound) in the fabrication process of the soft porous silicone-based beads, obtained through an emulsion templating process, leads to particles exhibiting an open porosity. The (resonant) attenuation of the soft porous beads-based material remains greater than the micro-balloons-based material until several bars. Above this critical resilience value, the mechanical stress irreversibly damages the soft porous beads

Spiral-shaped scattered field from incident evanescent acoustic waves on a Mie Particle

We consider theoretically the scattering of an incident evanescent plane wave by a spherical particle. The scattering problem is treated in a classic way by applying the T- matrix formalism and the resulting field is expressed on the basis of the different vibration modes of the particle. Compared to the case of a homogeneous plane incident wave, additional azimuthal scattered modes are excited and their contribution provokes a symmetry breaking of the field. Importantly, if a mode is preferentially excited by choosing the corresponding reduced frequency, the scattered radiation exhibits a spiral structure. The scattered field has a rotating phase around the scatterer which comes from the formation of spiral scattered waves and this effect is accentuated by increasing the evanescence degree of the incident wave. These results could have important implications for the contactless manipulation of objects with acoustic radiation forces and torques

Highly transparent low capacitance plasma enhanced atomic layer deposition Al2O3-HfO2 tunnel junction engineering

Abstract : The development of metallic single electron transistor (SET) depends on the downscaling and the electrical properties of its tunnel junctions. These tunnel junctions should insure high tunnel current levels, low thermionic current, and low capacitance. The authors use atomic layer deposition to fabricate Al2O3 and HfO2 thin layers. Tunnel barrier engineering allows the achievement of low capacitance Al2O3 and HfO2 tunnel junctions using optimized annealing and plasma exposure conditions. Different stacks were designed and fabricated to increase the transparency of the tunnel junction while minimizing thermionic current. This tunnel junction is meant to be integrated in SET to enhance its electrical properties (e.g., operating temperature, ION/IOFF ratio)