Coupling of Finite-Element and Plane Waves Discontinuous Galerkin methods for time-harmonic problems

A coupling approach is presented to combine a wave-based method to the standard finite element method. This coupling methodology is presented here for the Helmholtz equation but it can be applied to a wide range of wave propagation problems. While wave-based methods can significantly reduce the computational cost, especially at high frequencies, their efficiency is hindered by the need to use small elements to resolve complex geometric features. This can be alleviated by using a standard Finite-Element Model close to the surfaces to model geometric details and create large, simply-shaped areas to model with a wave-based method. This strategy is formulated and validated in this paper for the wave-based discontinuous Galerkin method together with the standard finite element method. The coupling is formulated without using Lagrange multipliers and results demonstrate that the coupling is optimal in that the convergence rates of the individual methods are maintained

Vers un couplage plus naturel des méthodes de Galerkin Discontinue avec ondes planes et Élements Finis pour l'acoustique

Une des voies possibles vers la réduction des coûts de simulation passe par le développement de méthodes hybrides. Dans le but de construire une hybridation efficace, le choix des méthodes est primordial. Ce travail porte ainsi sur l'association de la Méthode des Éléments Finis (MEF) et la Méthode de Galerkin Discontinue avec Ondes Planes (PWDGM) avec la volonté de pouvoir tirer parti de leur spécificités. D'une part, la méthode des Éléments Finis (MEF), malgré sa versatilité, demande un maillage fin du domaine qui s'avère coûteux lorsque celui-ci devient grand. Ce fonctionnement, basé sur une discrétisation spatiale, permet toutefois à la méthode de s'adapter à des géométries complexes pouvant entre autres contenir diffracteurs et éléments résonnants. D'autre part, la méthode de Galerkin Discontinue avec ondes planes (PWDGM), approxime les champs en les décomposant sur une base d'ondes planes. Basée également sur un maillage, cette méthode ne requiert toutefois pas qu'il soit fin. En effet, elle fonctionne de manière optimale dans le cas de grands domaines. Une proposition de couplage entre ces méthodes a déjà été présenté. Ce couplage, s'appuyant sur la réécriture des champs MEF à l'interface dans le formalisme requis par la PWDGM, poussait à dériver les fonctions de forme et s'accompagnait de la perte d'un ordre de convergence. Ce travail vise à corriger cette faille de la technique de couplage en proposant une approche repose sur l'écriture de conditions de continuité entre les caractéristiques de la PWDGM et les champs de la MEF. Cette nouvelle proposition permet de conserver l'ordre de convergence et les résultats numériques ont montré un excellent accord entre la méthode hybride et des références. Dans le cadre de cette réécriture, la théorie a notamment été étendue à d'autres physiques. En particulier, les opérateurs pour des matériaux poroélastiques (théorie de Biot) sont introduits et mis en ?uvre dans les exemples. Cette méthode sera présentée d'abord sur des exemples académiques et ses propriétés seront discutées. Une attention particulière sera portée à l'impact que le couplage a sur les propriété de convergence et de dispersion, les résultats pour la méthode hybride seront mis en regard avec ceux pour le méthodes seules. Dans un second temps, des cas plus proches des cas d'utilisation réels seront présentés. Il sera montré notamment le cadre dans lequel le recours à la méthode hybride permet de réduire significativement la taille du système linéaire final tout en minimisant la perte de précision

In situ probing of the present-day zircon-bearing magma chamber at Krafla, Northeastern Iceland

Active felsic magmatism has been rarely probed in situ by drilling but one recent exception is quenched rhyolite sampled during the 2009 Iceland Deep Drilling Project (IDDP). We report finding of rare zircons of up to ∼100 µm in size in rhyolite glasses from the IDDP-1 well products and the host 1724 AD Viti granophyres. The applied SHRIMP U-Th dating for both the IDDP and the Viti granophyre zircons gives zero-age (±2 kyr), and therefore suggests that the IDDP-1 zircons have crystallized from an active magma intrusion rather than due to the 20–80 ka post-caldera magmatic episodes recorded by nearby domes and ridges. Ti-in-zircon geothermometer for Viti granophyre reveals zircon crystallization temperatures ∼800°C–900°C, whereas IDDP-1 rhyolite zircon cores show Ti content higher than 100 ppm, corresponding to temperatures up to ∼1,100°C according to the Ti-in-zircon thermometer. According to our thermochemical model at such elevated temperatures as 1,100°C, rhyolitic magma cannot be saturated with zircon and zircon crystallization is not possible. We explain this controversy by either kinetic effects or non-ideal Ti incorporation into growing zircons at low pressures that start to grow from nucleus at temperatures ∼930°C. High temperatures recorded by IDDP-1 zircon together with an occurrence of baddeleyite require that the rhyolite magma formed by partial melting of the host granophyre due to basaltic magma intrusion. Zr concentration profiles in glass around zircons are flat, suggesting residence in rhyolitic melt for >4 years. In our thermochemical modeling, three scenarios are considered. The host felsite rocks are intruded by: 1) a basaltic sill, 2) rhyolite magma 3) rhyolite sill connected to a deeper magmatic system. Based on the solution of the heat conduction equation accounting for the release of latent heat and effective thermal conductivity, these data confirm that the rhyolite magma could be produced by felsic crust melting as a result of injection of a basaltic or rhyolite sill during the Krafla Fires eruption (1975 AD)

Nouvelles raisons d’agir des acteurs de la pêche et de l’agriculture

Les acteurs de la pêche et de l’agriculture (professionnels, institutions d'enseignement, techniciens, organisations professionnelles et syndicales, politiques et législateurs, chercheurs, consommateurs…) font l'expérience de l’évolution des techniques et des droits à produire et à prélever la ressource vivante. Les agriculteurs et les pêcheurs se questionnent sur les raisons de faire leur métier, de s’y maintenir et de le transformer par de nouveaux modes de transmission, de débat et par de nouvelles solidarités. Les auteurs, des chercheurs en sciences sociales et des professionnels des deux filières, examinent les situations les plus propices au développement de nouvelles raisons d'agir et de nouveaux savoirs : débats sur la gestion des ressources renouvelables, décisions relatives au contenu du métier et à sa transmission, mutations professionnelles ou encore nouvelle division du travail. Les situations présentées permettent un éclairage contrasté des secteurs de la pêche et de l'agriculture, et plus particulièrement : – de l’évolution des raisons d’agir et des savoirs des professionnels, des scientifiques, des législateurs mais aussi des nouveaux arrivants, notamment dans leur rapport à l’écologie. Comment de nouvelles raisons d’agir et de nouveaux savoirs émergent-ils des divisions et des conflits ? – des transformations du travail et de la formation professionnelle dans les deux secteurs. Comment les référentiels de formation et les pratiques didactiques modifient-ils les enjeux cognitifs, environnementaux, économiques et sociaux des activités de pêche et d’agriculture ? Ces questions majeures intéresseront à la fois les pêcheurs et les agriculteurs, les concepteurs de politiques publiques et les scientifiques

Modelling of thin and imperfect interfaces : Tools and preliminary study

For quite some time, the strive for more efficient acoustic absorbers keepsincreasing, driven by a number of psycho-physiological studies on health re-lated dangers of noise exposure. As the global wealth increases and with itthe global expectation of quieter living and working environments, manifestedin both politics and research, an important market for sound absorbing andnoise control systems develops in all industrialised countries. In the acousticcommunity, the main endeavours of the two last decades have been orientedtowards a better understanding of the dissipation phenomena in absorbers(and especially in poroelastic media) as well as proposing new topologies andstructures for these elements. These efforts have resulted in an abundant lit-erature and numerous improvements of the characterisation, modelling anddesign methodologies for a wide range of media and many different systems.The chosen research direction for the present thesis slightly deviates fromthis usual path of modelling absorbing materials as bulk media. Here theaim is to investigate the interfaces between the different components of typ-ical absorbers. Indeed, these interface regions are known to be difficult tocharacterise and controlling their properties is challenging for a number ofreasons. Interfaces in sound packages for instance are inherently by-productsof the assembly process and, even if they surely have an important impact onthe acoustic performance, they remain mostly overlooked in the establishedmodelling practices. Therefore, the overall objective of the current doctoralproject is to identify strategies and methods to simulate the effect(s) of un-certainties on the interface physical or geometrical parameters.The present licentiate thesis compiles three works which together form adiscussion about techniques and tools designed in an attempt to efficientlymodel thin layers and small details in rather large systems. As part of thework a section of physical model simplifications is discussed which will laythe ground for the next stages of the research. Two publications on the firsttopic are included, presenting Finite-Element-based hybrid methods that al-low for coating elements in meta-poroelastic systems to be taken into accountand reduce the computational cost of modelling small geometric features em-bedded in large domains. The third included contribution is an anticipation,to a certain extent, of the remainder of the doctoral project, discussing theuse of physical heuristics to simplify porous thin film models. Here a steptowards the modelling of interface zones is taken, departing from numericalsimulations and reflecting instead on the physical description and modellingof thin poroelastic layers.Sedan en tid tillbaka kan en ökande efterfrågan av material och konstruk-tioner med effektivare akustiska absorptionsegenskaper skönjas. Detta drivsav ett antal psykofysiologiska studier kring hälsorisker relaterade till långva-rig bullerexponering. Till detta kommer den växande globala välfärden somger upphov till en förväntad höjning livskvalitet i form av till exempel tystareboende- och arbetsmiljöer, manifesterad i både politiska beslut och forskning.Ur detta utvecklas en viktig marknad för ljudabsorberande material, kon-struktioner och bullerreducerande system i allt fler länder. Inom forskningensom rör akustiska material och bulleråtgärder, har forskningen under de tvåsenaste decennierna framförallt varit inriktad på en bättre förståelse för dis-sipationsfenomen (omvandling av akustisk energi till andra energiformer, tillexempel värme) i absorberande material (och särskilt då i poroelastiska me-dier) samt att utveckla nya topologier och sammansatta strukturer för dennatyp av akustiska element. Dessa ansträngningar har resulterat i en omfattan-de vetenskaplig litteratur och framsteg inom karaktäriserings-, modellerings-och designmetoder, och innovativa lösningar, för olika tillämpningar .Forskningen i denna avhandling avviker något från den traditionella mo-delleringen av absorberande material, genom att undersöka gränsytorna mel-lan olika skikt och komponenter hos typiska absorbenter. Faktum är att des-sa gränssnittsregioner är kända för att vara både svåra att karaktärisera ochatt styra deras egenskaper i produktion är en utmaning av ett antal olikaskäl. Angränsande ytor i ljudabsorbenter är till exempel ofta biprodukterfrån tillverknings- och monteringsprocessen och, även om de utan tvekan haren viktig inverkan på akustiska prestanda, bortses det ofta från dessa i deflesta etablerade simuleringsmodeller. Det övergripande målet med forskning-en inom detta projektet är därför att identifiera strategier och metoder föratt modellera och simulera effekterna av osäkerheter i tillhörande fysiska ellergeometriska parametrar som används för att beskriva dessa gränsytor.I denna licentiatavhandling sammanställs tre artiklar som tillsammans ut-gör en diskussion om tekniker och verktyg utformade för att effektivt model-lera tunna skikt och små detaljer som delar i större komponenter och system.Som en del av arbetet diskuteras dessutom en del av de fysikaliska modell-förenklingar som kommer att ligga till grund för nästa etapp av forskningen.I två publikationer som berör det första ämnet ingår finita element-baseradehybridmetoder som möjliggör modellering av olika typer av täckskikt i såkallade meta-poroelastiska system, med fokus på noggrannhet och beräk-ningskostnader för modellering av små geometriska inneslutningar inbäddadei större domäner. Det tredje bidraget diskuterar användningen av heuristiska,förenklade porösa tunnfilmsmodeller som baseras på fysikaliska förenklingaroch som möjliggör modellering av tunna skikt i numeriska simuleringar somen del av sammansatta poroelastiska komponenter.Depuis quelques temps, l’effort pour améliorer l’efficacité des absorbeursacoustique n’a cessé d’augmenter, sous-tendu par nombre d’études psycho-physiques sur les dangers de l’exposition au bruit pour la santé. Alors quecroit la richesse globale et avec elle l’envie d’environnements de travail et devie plus silencieux (ce qui se manifeste dans les politiques publiques comme enrecherche), un marché important se développe pour les systèmes d’absorptionet de contrôle du bruit dans tous les pays industrialisés. Dans la communautéacoustique, les principaux efforts au cours des vingt dernières années se sontorientés vers une meilleure compréhension des phénomènes de dissipation dansles absorbeurs (et en particulier dans les matériaux poroélastiques) ainsi quevers la recherche de nouvelles topologies et structures pour ces éléments. Cesefforts ont mené à une littérature abondante et de nombreuses améliorationsdes méthodologies de caractérisation, modélisation et conception pour unelarge gamme de média et de nombreux systèmes.L’axe de recherche choisi pour la présente thèse diffère quelque peu duchemin classique visant à modéliser le cœur des matériaux absorbants. Ici,l’objectif est d’étudier les interfaces entre les différents composants des absor-beurs classiques. En effet, ces régions sont notoirement difficiles à caractériseret contrôler leurs propriétés est un défi complexe pour un certain nombre deraisons. Les interfaces au sein des isolants acoustiques sont intrinsèquementdes sous-produits du processus d’assemblage et, bien qu’ils aient un impactimportant sur la performance acoustique, sont le plus souvent négligés dansles modèles classiques. L’objectif global du projet doctoral est ainsi d’identi-fier des stratégies et méthodes pour simuler le ou les effets d’incertitudes surles paramètres physiques ou géométriques des interfaces.La présente thèse de Licentiate compile trois travaux qui, pris ensemble,forment une discussion autour de techniques et d’outils conçus pour modéli-ser efficacement des couches et détails fins inclus dans d’assez grand systèmes.Une section de la dissertation s’attarde sur des possibles simplifications desmodèles physiques et discute ce qui formera la base des prochaines étapesde cette recherche. Deux publications traitant du premier sujet sont inclues,présentant deux méthodes hybrides basées sur la FEM qui permettent deprendre en compte les fines couches recouvrant par exemple les systèmesmeta-poroélastiques pour un coup réduit ainsi que de modéliser de petitséléments géométriques présents dans de grands domaines. La dernière contri-bution jointe à cette thèse anticipe, dans une certaine mesure, la suite duprojet doctoral en proposant l’utilisation d’heuristiques physiques pour sim-plifier un modèle pour les films acoustiques fins. Cela constitue un pas vers lamodélisation des zones d’interfaces en s’éloignant des simulations numériquesau profit d’une réflexion sur la description et la modélisation des couchesporoélastiques fines.QC 20180516</p

La demande d'aide en classe : une analyse de données recueillies auprès de collégiens avec un trouble de la fonction visuelle et proposition théorique transversale

Help seeking help students overcome some difficulties they may encounter by soliciting an expert. The needs and difficulties which the students with a visual impairment (VI), partially sighted or blind, in academic tasks can be observed through the requests they make when in class. There is little research in learning by students with a VI and hardly any when considering help seeking. An analysis of the students’ help requests was conducted and represent the first objective of the current research. A first question was dedicated to the analysis of the recipients of the students’ help seeking. A second question was focussed on the categories which the help requests could fit into, in order to analyse the students’ needs. Ten mathematics and natural sciences classroom sequences were filmed involving two blind and five partially sighted middle-school students. Semi-structured interviews were conducted with the students and other participants in schooling the students with a VI. The results showed that the students sought help from their peers and teachers, and more than a quarter of the requests were associated with their VI. In addition, questions about help seeking categories raised from the analysis of the literature. Therefore, a second objective consisted in formulating a new method for categorizing help seeking by repositioning one of the categories (confirmatory help seeking) as an aspect of the other categories instead of considering it an exclusive category. The analysis of video data through the new categorisation showed some benefit, particularly in identifying the student’s need through his/her help request.La demande d’aide permet aux élèves de dépasser des difficultés qu’ils sont parfois amenés à rencontrer en faisant appel à un expert. Les besoins et difficultés que rencontrent les élèves avec un trouble de la fonction visuelle (TFV), soit malvoyants ou aveugles, dans les tâches scolaires peuvent être repérés via les demandes d’aide qu’ils formulent en classe. Les travaux sur l’apprentissage des élèves avec un TFV sont peu nombreux et plus rares encore lorsqu’ils concernent la demande d’aide. L’analyse des demandes d’aide d’élèves avec un TFV en classe constitue le premier objectif de la thèse. Une première question de recherche était dédiée à l’analyse des destinataires de ces demandes d’aide. Une deuxième question de recherche était consacrée aux catégories de ces demandes d’aide afin d’analyser les besoins des élèves. Les filmages de dix séances en classes de mathématiques et de SVT avec deux collégiens aveugles et cinq collégiens malvoyants ont été réalisés. Des entretiens semi-directifs auprès de ces élèves et d’autres acteurs de leur scolarisation ont été conduits. Les résultats ont montré que les élèves avec un TFV ont adressé des demandes d’aide à leurs camarades et à l’enseignant. Plus d’un quart de ces demandes étaient liées à leurs troubles visuels. Un deuxième objectif a ainsi consisté à formuler une nouvelle façon de catégoriser les demandes d’aide, en s’appuyant sur le repositionnement de l’une des catégories (la demande confirmatoire) comme un aspect complémentaire des autres catégories au lieu de la considérer comme une catégorie exclusive. L’analyse des données vidéo avec la nouvelle catégorisation a permis de montrer un intérêt à ce repositionnement relatif des catégories, notamment sur le repérage du besoin de l’élève à travers sa demande d’aide

Help seeking in class : an analysis of data collected from middle-school students with a visual impairment and transverse theoretical proposal

La demande d’aide permet aux élèves de dépasser des difficultés qu’ils sont parfois amenés à rencontrer en faisant appel à un expert. Les besoins et difficultés que rencontrent les élèves avec un trouble de la fonction visuelle (TFV), soit malvoyants ou aveugles, dans les tâches scolaires peuvent être repérés via les demandes d’aide qu’ils formulent en classe. Les travaux sur l’apprentissage des élèves avec un TFV sont peu nombreux et plus rares encore lorsqu’ils concernent la demande d’aide. L’analyse des demandes d’aide d’élèves avec un TFV en classe constitue le premier objectif de la thèse. Une première question de recherche était dédiée à l’analyse des destinataires de ces demandes d’aide. Une deuxième question de recherche était consacrée aux catégories de ces demandes d’aide afin d’analyser les besoins des élèves. Les filmages de dix séances en classes de mathématiques et de SVT avec deux collégiens aveugles et cinq collégiens malvoyants ont été réalisés. Des entretiens semi-directifs auprès de ces élèves et d’autres acteurs de leur scolarisation ont été conduits. Les résultats ont montré que les élèves avec un TFV ont adressé des demandes d’aide à leurs camarades et à l’enseignant. Plus d’un quart de ces demandes étaient liées à leurs troubles visuels. Un deuxième objectif a ainsi consisté à formuler une nouvelle façon de catégoriser les demandes d’aide, en s’appuyant sur le repositionnement de l’une des catégories (la demande confirmatoire) comme un aspect complémentaire des autres catégories au lieu de la considérer comme une catégorie exclusive. L’analyse des données vidéo avec la nouvelle catégorisation a permis de montrer un intérêt à ce repositionnement relatif des catégories, notamment sur le repérage du besoin de l’élève à travers sa demande d’aide.Help seeking help students overcome some difficulties they may encounter by soliciting an expert. The needs and difficulties which the students with a visual impairment (VI), partially sighted or blind, in academic tasks can be observed through the requests they make when in class. There is little research in learning by students with a VI and hardly any when considering help seeking. An analysis of the students’ help requests was conducted and represent the first objective of the current research. A first question was dedicated to the analysis of the recipients of the students’ help seeking. A second question was focussed on the categories which the help requests could fit into, in order to analyse the students’ needs. Ten mathematics and natural sciences classroom sequences were filmed involving two blind and five partially sighted middle-school students. Semi-structured interviews were conducted with the students and other participants in schooling the students with a VI. The results showed that the students sought help from their peers and teachers, and more than a quarter of the requests were associated with their VI. In addition, questions about help seeking categories raised from the analysis of the literature. Therefore, a second objective consisted in formulating a new method for categorizing help seeking by repositioning one of the categories (confirmatory help seeking) as an aspect of the other categories instead of considering it an exclusive category. The analysis of video data through the new categorisation showed some benefit, particularly in identifying the student’s need through his/her help request

Modelling of thin and imperfect interfaces : Tools and preliminary study

For quite some time, the strive for more efficient acoustic absorbers keepsincreasing, driven by a number of psycho-physiological studies on health re-lated dangers of noise exposure. As the global wealth increases and with itthe global expectation of quieter living and working environments, manifestedin both politics and research, an important market for sound absorbing andnoise control systems develops in all industrialised countries. In the acousticcommunity, the main endeavours of the two last decades have been orientedtowards a better understanding of the dissipation phenomena in absorbers(and especially in poroelastic media) as well as proposing new topologies andstructures for these elements. These efforts have resulted in an abundant lit-erature and numerous improvements of the characterisation, modelling anddesign methodologies for a wide range of media and many different systems.The chosen research direction for the present thesis slightly deviates fromthis usual path of modelling absorbing materials as bulk media. Here theaim is to investigate the interfaces between the different components of typ-ical absorbers. Indeed, these interface regions are known to be difficult tocharacterise and controlling their properties is challenging for a number ofreasons. Interfaces in sound packages for instance are inherently by-productsof the assembly process and, even if they surely have an important impact onthe acoustic performance, they remain mostly overlooked in the establishedmodelling practices. Therefore, the overall objective of the current doctoralproject is to identify strategies and methods to simulate the effect(s) of un-certainties on the interface physical or geometrical parameters.The present licentiate thesis compiles three works which together form adiscussion about techniques and tools designed in an attempt to efficientlymodel thin layers and small details in rather large systems. As part of thework a section of physical model simplifications is discussed which will laythe ground for the next stages of the research. Two publications on the firsttopic are included, presenting Finite-Element-based hybrid methods that al-low for coating elements in meta-poroelastic systems to be taken into accountand reduce the computational cost of modelling small geometric features em-bedded in large domains. The third included contribution is an anticipation,to a certain extent, of the remainder of the doctoral project, discussing theuse of physical heuristics to simplify porous thin film models. Here a steptowards the modelling of interface zones is taken, departing from numericalsimulations and reflecting instead on the physical description and modellingof thin poroelastic layers.Sedan en tid tillbaka kan en ökande efterfrågan av material och konstruk-tioner med effektivare akustiska absorptionsegenskaper skönjas. Detta drivsav ett antal psykofysiologiska studier kring hälsorisker relaterade till långva-rig bullerexponering. Till detta kommer den växande globala välfärden somger upphov till en förväntad höjning livskvalitet i form av till exempel tystareboende- och arbetsmiljöer, manifesterad i både politiska beslut och forskning.Ur detta utvecklas en viktig marknad för ljudabsorberande material, kon-struktioner och bullerreducerande system i allt fler länder. Inom forskningensom rör akustiska material och bulleråtgärder, har forskningen under de tvåsenaste decennierna framförallt varit inriktad på en bättre förståelse för dis-sipationsfenomen (omvandling av akustisk energi till andra energiformer, tillexempel värme) i absorberande material (och särskilt då i poroelastiska me-dier) samt att utveckla nya topologier och sammansatta strukturer för dennatyp av akustiska element. Dessa ansträngningar har resulterat i en omfattan-de vetenskaplig litteratur och framsteg inom karaktäriserings-, modellerings-och designmetoder, och innovativa lösningar, för olika tillämpningar .Forskningen i denna avhandling avviker något från den traditionella mo-delleringen av absorberande material, genom att undersöka gränsytorna mel-lan olika skikt och komponenter hos typiska absorbenter. Faktum är att des-sa gränssnittsregioner är kända för att vara både svåra att karaktärisera ochatt styra deras egenskaper i produktion är en utmaning av ett antal olikaskäl. Angränsande ytor i ljudabsorbenter är till exempel ofta biprodukterfrån tillverknings- och monteringsprocessen och, även om de utan tvekan haren viktig inverkan på akustiska prestanda, bortses det ofta från dessa i deflesta etablerade simuleringsmodeller. Det övergripande målet med forskning-en inom detta projektet är därför att identifiera strategier och metoder föratt modellera och simulera effekterna av osäkerheter i tillhörande fysiska ellergeometriska parametrar som används för att beskriva dessa gränsytor.I denna licentiatavhandling sammanställs tre artiklar som tillsammans ut-gör en diskussion om tekniker och verktyg utformade för att effektivt model-lera tunna skikt och små detaljer som delar i större komponenter och system.Som en del av arbetet diskuteras dessutom en del av de fysikaliska modell-förenklingar som kommer att ligga till grund för nästa etapp av forskningen.I två publikationer som berör det första ämnet ingår finita element-baseradehybridmetoder som möjliggör modellering av olika typer av täckskikt i såkallade meta-poroelastiska system, med fokus på noggrannhet och beräk-ningskostnader för modellering av små geometriska inneslutningar inbäddadei större domäner. Det tredje bidraget diskuterar användningen av heuristiska,förenklade porösa tunnfilmsmodeller som baseras på fysikaliska förenklingaroch som möjliggör modellering av tunna skikt i numeriska simuleringar somen del av sammansatta poroelastiska komponenter.Depuis quelques temps, l’effort pour améliorer l’efficacité des absorbeursacoustique n’a cessé d’augmenter, sous-tendu par nombre d’études psycho-physiques sur les dangers de l’exposition au bruit pour la santé. Alors quecroit la richesse globale et avec elle l’envie d’environnements de travail et devie plus silencieux (ce qui se manifeste dans les politiques publiques comme enrecherche), un marché important se développe pour les systèmes d’absorptionet de contrôle du bruit dans tous les pays industrialisés. Dans la communautéacoustique, les principaux efforts au cours des vingt dernières années se sontorientés vers une meilleure compréhension des phénomènes de dissipation dansles absorbeurs (et en particulier dans les matériaux poroélastiques) ainsi quevers la recherche de nouvelles topologies et structures pour ces éléments. Cesefforts ont mené à une littérature abondante et de nombreuses améliorationsdes méthodologies de caractérisation, modélisation et conception pour unelarge gamme de média et de nombreux systèmes.L’axe de recherche choisi pour la présente thèse diffère quelque peu duchemin classique visant à modéliser le cœur des matériaux absorbants. Ici,l’objectif est d’étudier les interfaces entre les différents composants des absor-beurs classiques. En effet, ces régions sont notoirement difficiles à caractériseret contrôler leurs propriétés est un défi complexe pour un certain nombre deraisons. Les interfaces au sein des isolants acoustiques sont intrinsèquementdes sous-produits du processus d’assemblage et, bien qu’ils aient un impactimportant sur la performance acoustique, sont le plus souvent négligés dansles modèles classiques. L’objectif global du projet doctoral est ainsi d’identi-fier des stratégies et méthodes pour simuler le ou les effets d’incertitudes surles paramètres physiques ou géométriques des interfaces.La présente thèse de Licentiate compile trois travaux qui, pris ensemble,forment une discussion autour de techniques et d’outils conçus pour modéli-ser efficacement des couches et détails fins inclus dans d’assez grand systèmes.Une section de la dissertation s’attarde sur des possibles simplifications desmodèles physiques et discute ce qui formera la base des prochaines étapesde cette recherche. Deux publications traitant du premier sujet sont inclues,présentant deux méthodes hybrides basées sur la FEM qui permettent deprendre en compte les fines couches recouvrant par exemple les systèmesmeta-poroélastiques pour un coup réduit ainsi que de modéliser de petitséléments géométriques présents dans de grands domaines. La dernière contri-bution jointe à cette thèse anticipe, dans une certaine mesure, la suite duprojet doctoral en proposant l’utilisation d’heuristiques physiques pour sim-plifier un modèle pour les films acoustiques fins. Cela constitue un pas vers lamodélisation des zones d’interfaces en s’éloignant des simulations numériquesau profit d’une réflexion sur la description et la modélisation des couchesporoélastiques fines.QC 20180516</p

Stratégies de modélisation pour les interfaces et couches fines et imparfaites

The global trend towards quieter environments has been one of the key topics of acoustics research for years. The recent tightening of the regulations on noise exposure as well as the many reports on the impact of noise on human health confirm this situation and stress ever more the need for innovative mitigation strategies. Numerous efforts from many teams allowed to refine existing solutions and explore new approaches towards a lower noise level ultimately leading to a number of promising concepts. Central to this field, the use of poroelastic media and the development of realistic meta-materials are paving the way to tackle the problem. In the meantime, a great part of the most widely adopted systems to mitigate noise, such as acoustics panels for instance, resort to thin resistive screens placed on the surface to protect the bulk and control the properties. Despite often being one of the thinnest components of the systems, they have a non-negligible impact on the overall response and are subject to a number of uncertainties.The approach chosen in this thesis differs from the global trend of designing new solutions and conversely relies on investigating the effect of uncertainties inherent to all these sound proofing systems. More precisely, the work performed focuses on modelling the impact of uncertain interfaces and uncertain parameters in the thin layers used as protective, tuning or aesthetic elements. These acoustic films, and to a certain extent the thin interface zones resulting from the assembly process, are notably challenging to characterise with precision. The main goal of this thesis is then to propose strategies to account for uncertainties on the parameters of the films and interfaces and predict their impact on the overall response of the systems.Three different scientific contributions are presented in this thesis. Together they discuss modelling aspects related to the films, propose possible simplifications and demonstrate the effect of parameter uncertainties. Finally they introduce numerical strategies to efficiently account for uncertainties in computations within the context of poroelastic and meta-poroelastic media.Den globala trenden mot allt tystare miljöer, har i flera år varit i fokus för forskningen inom teknisk akustik. Den senaste tidens skärpning av de reglementen som berör gränser för tillåten ljud- och bullerexponering, tillsammans med studier av bullers påverkan på hälsa, välbefinnande, inlärningsförmåga etc., understryker behovet av nya innovativa strategier. Dessa inbegriper som exempel förfining av redan existerande lösningar, utforskande av nya vägar till effektiva åtgärder för att uppnå en lägre ljudnivå, med flera. Stommen i de flesta åtgärder för att reducera ljudnivåer har sedan mitten av 1900-talet varit olika former av poroelastiska material och under de senaste decennierna även en utveckling av så kallade metamaterial, d.v.s. material vars egenskaper ej går att finna i naturen förekommande form, vilket även bereder väg för att finna nya lösningar på problemet. I dagsläget används, i de mest allmänt använda systemen för att reducera buller, till största delen tunna resistenta skikt som placeras på ytan för att skydda mot mekanisk påverkan och men även för att kunna kontrollera de akustiska egenskaperna. Trots att dessa ytskikt oftast är en av de tunnaste komponenterna i olika system, så är deras påverkan på det totala resultatet avsevärd och kan inte förbises. På grund av deras design, är tillverkningen ofta behäftad med bristande precision och de bidrar därför ofta till att de totala akustiska egenskaperna hos sammansatta system där de ingår, ofta uppvisar en spridning på grund av denna variation.I denna avhandling behandlas metoder för kunna undersöka effekten av dessa oundvikliga osäkerheter som finns i alla dessa ljudreducerande system. Mer precist, så har arbetet fokuserat på att modellera den påverkan som osäkerheten i gränsytorna och parametrarna i de tunna ytlagren innebär. Bland annat har arbetet varit inriktat på att hantera de utmaningar som ligger i att med precision karaktärisera de akustiska ytskikten och i viss utsträckning de tunna gränsytornas avskärmning som kommer av monteringsprocessen. Avhandlingens mål är att föreslå strategier för att ta i beaktande de osäkerheter hos filmens och gränsytornas parametrar för att förutse deras påverkan på det totala resultatet av systemet.Tre olika vetenskapliga bidrag presenteras i denna avhandling. Tillsammans behandlar de modelleringsaspekter relaterade till de tunna ytskikten, föreslår möjliga förenklingar och demonstrerar effekterna av osäkerheter i ingående modellparametrar. Slutligen introduceras numeriska strategier för att genom beräkningar, effektivt kunna beakta osäkerheterna gällande poroelastiska och meta-poroelastiska medier.La tendance globale poussant à développer des environnements plus calmes est, depuis des années, un des aspects clés de la recherche en acoustique. Le récent durcissement des régulations sur l'exposition au bruit ainsi que les nombreux rapports concernant son impact sur la santé humaine rappellent le besoin criant de stratégies innovante pour palier le problème. Le travail de nombreuses équipes a permis d'améliorer les solutions existantes et d'explorer de nouvelles approches, aboutissant à de nouveaux concepts prometteurs. L'utilisation de matériaux poroélastiques et  le développement de matériaux méta-poroélastiques réalistes sont un élément central de ces recherches et préfigurent des pistes viables pour résoudre le problème du bruit. En parallèle, une grande partie des systèmes courants pour le traitement des nuisances sonores, comme les panneaux acoustiques, utilisent de fins films résistifs placés en surface pour protéger les matériaux et contrôler le comportement acoustique du système. Malgré que ces films soient souvent les plus petits composants des panneaux, ils ont un impact non-négligeable sur la réponse globale et sont sujet à un certain nombre d'incertitudes.L'approche choisie dans cette thèse diffère de la tendance globale poussant au développement de nouveaux système. À l'inverse, ce travail s'emploie à modéliser l'impact des incertitudes concernant les films acoustiques et zones d'interface sur le comportement des absorbeurs et traitement acoustiques. Ces films et zones sont notoirement difficiles à caractériser avec précision à cause de leurs propriétés ou de de leur inaccessibilité. Le principal objectif de cette thèse est de proposer des stratégies pour prendre en compte les incertitudes et interfaces afin de prédire leur impact sur la réponse globale.Trois contributions scientifiques sont présentées. Ensemble, elle discutent différents aspects de modélisation se rapportant aux films et aux absorbeurs, proposent de possibles simplifications et mettent en lumière  l'effet des incertitudes. Finalement, ces contributions introduisent des stratégies au niveau du modèle ou du calcul pour prendre en compte les incertitudes dans le contexte des matériaux poroélastiques et méta-poroélastiques.QC 20191119</p

Stratégies de modélisation pour les interfaces et couches fines et imparfaites

The global trend towards quieter environments has been one of the key topics of acoustics research for years. The recent tightening of the regulations on noise exposure as well as the many reports on the impact of noise on human health confirm this situation and stress ever more the need for innovative mitigation strategies. Numerous efforts from many teams allowed to refine existing solutions and explore new approaches towards a lower noise level ultimately leading to a number of promising concepts. Central to this field, the use of poroelastic media and the development of realistic meta-materials are paving the way to tackle the problem. In the meantime, a great part of the most widely adopted systems to mitigate noise, such as acoustics panels for instance, resort to thin resistive screens placed on the surface to protect the bulk and control the properties. Despite often being one of the thinnest components of the systems, they have a non-negligible impact on the overall response and are subject to a number of uncertainties.The approach chosen in this thesis differs from the global trend of designing new solutions and conversely relies on investigating the effect of uncertainties inherent to all these sound proofing systems. More precisely, the work performed focuses on modelling the impact of uncertain interfaces and uncertain parameters in the thin layers used as protective, tuning or aesthetic elements. These acoustic films, and to a certain extent the thin interface zones resulting from the assembly process, are notably challenging to characterise with precision. The main goal of this thesis is then to propose strategies to account for uncertainties on the parameters of the films and interfaces and predict their impact on the overall response of the systems.Three different scientific contributions are presented in this thesis. Together they discuss modelling aspects related to the films, propose possible simplifications and demonstrate the effect of parameter uncertainties. Finally they introduce numerical strategies to efficiently account for uncertainties in computations within the context of poroelastic and meta-poroelastic media.Den globala trenden mot allt tystare miljöer, har i flera år varit i fokus för forskningen inom teknisk akustik. Den senaste tidens skärpning av de reglementen som berör gränser för tillåten ljud- och bullerexponering, tillsammans med studier av bullers påverkan på hälsa, välbefinnande, inlärningsförmåga etc., understryker behovet av nya innovativa strategier. Dessa inbegriper som exempel förfining av redan existerande lösningar, utforskande av nya vägar till effektiva åtgärder för att uppnå en lägre ljudnivå, med flera. Stommen i de flesta åtgärder för att reducera ljudnivåer har sedan mitten av 1900-talet varit olika former av poroelastiska material och under de senaste decennierna även en utveckling av så kallade metamaterial, d.v.s. material vars egenskaper ej går att finna i naturen förekommande form, vilket även bereder väg för att finna nya lösningar på problemet. I dagsläget används, i de mest allmänt använda systemen för att reducera buller, till största delen tunna resistenta skikt som placeras på ytan för att skydda mot mekanisk påverkan och men även för att kunna kontrollera de akustiska egenskaperna. Trots att dessa ytskikt oftast är en av de tunnaste komponenterna i olika system, så är deras påverkan på det totala resultatet avsevärd och kan inte förbises. På grund av deras design, är tillverkningen ofta behäftad med bristande precision och de bidrar därför ofta till att de totala akustiska egenskaperna hos sammansatta system där de ingår, ofta uppvisar en spridning på grund av denna variation.I denna avhandling behandlas metoder för kunna undersöka effekten av dessa oundvikliga osäkerheter som finns i alla dessa ljudreducerande system. Mer precist, så har arbetet fokuserat på att modellera den påverkan som osäkerheten i gränsytorna och parametrarna i de tunna ytlagren innebär. Bland annat har arbetet varit inriktat på att hantera de utmaningar som ligger i att med precision karaktärisera de akustiska ytskikten och i viss utsträckning de tunna gränsytornas avskärmning som kommer av monteringsprocessen. Avhandlingens mål är att föreslå strategier för att ta i beaktande de osäkerheter hos filmens och gränsytornas parametrar för att förutse deras påverkan på det totala resultatet av systemet.Tre olika vetenskapliga bidrag presenteras i denna avhandling. Tillsammans behandlar de modelleringsaspekter relaterade till de tunna ytskikten, föreslår möjliga förenklingar och demonstrerar effekterna av osäkerheter i ingående modellparametrar. Slutligen introduceras numeriska strategier för att genom beräkningar, effektivt kunna beakta osäkerheterna gällande poroelastiska och meta-poroelastiska medier.La tendance globale poussant à développer des environnements plus calmes est, depuis des années, un des aspects clés de la recherche en acoustique. Le récent durcissement des régulations sur l'exposition au bruit ainsi que les nombreux rapports concernant son impact sur la santé humaine rappellent le besoin criant de stratégies innovante pour palier le problème. Le travail de nombreuses équipes a permis d'améliorer les solutions existantes et d'explorer de nouvelles approches, aboutissant à de nouveaux concepts prometteurs. L'utilisation de matériaux poroélastiques et  le développement de matériaux méta-poroélastiques réalistes sont un élément central de ces recherches et préfigurent des pistes viables pour résoudre le problème du bruit. En parallèle, une grande partie des systèmes courants pour le traitement des nuisances sonores, comme les panneaux acoustiques, utilisent de fins films résistifs placés en surface pour protéger les matériaux et contrôler le comportement acoustique du système. Malgré que ces films soient souvent les plus petits composants des panneaux, ils ont un impact non-négligeable sur la réponse globale et sont sujet à un certain nombre d'incertitudes.L'approche choisie dans cette thèse diffère de la tendance globale poussant au développement de nouveaux système. À l'inverse, ce travail s'emploie à modéliser l'impact des incertitudes concernant les films acoustiques et zones d'interface sur le comportement des absorbeurs et traitement acoustiques. Ces films et zones sont notoirement difficiles à caractériser avec précision à cause de leurs propriétés ou de de leur inaccessibilité. Le principal objectif de cette thèse est de proposer des stratégies pour prendre en compte les incertitudes et interfaces afin de prédire leur impact sur la réponse globale.Trois contributions scientifiques sont présentées. Ensemble, elle discutent différents aspects de modélisation se rapportant aux films et aux absorbeurs, proposent de possibles simplifications et mettent en lumière  l'effet des incertitudes. Finalement, ces contributions introduisent des stratégies au niveau du modèle ou du calcul pour prendre en compte les incertitudes dans le contexte des matériaux poroélastiques et méta-poroélastiques.QC 20191119</p