Propagation d'ondes acoustiques dans les milieux à forte porosité: application à la caractérisation des matrices poreuses

Abstract

Thèse de doctorat en Electronique, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 14 décembreLe travail présenté dans cette thèse porte essentiellement sur la caractérisation des constantes élastiques de la matrice poreuse d’un milieu poreux à porosité ouverte par ondes ultrasonores. Une étude bibliographique présente une synthèse des travaux réalisés dans ce domaine, plus particulièrement les différents modèles de propagation d’ondes élastiques. Nous introduisons un nouveau formalisme de calcul des coefficients de réflexion et de transmission des ondes élastiques pour les plaques poreuses, ces coefficients étant les seules grandeurs pouvant être mesurés directement. Les modules élastiques complexes de la matrice poreuse peuvent être ensuite obtenus par inversion numérique. Nous avons mis au point une simulation par élément fini d’une expérience de flexion sur ces plaques poreuses afin d’en tirer des constantes élastiques qui sont ensuite utilisées comme valeurs initiales dans l’algorithme d’inversion numérique. Afin de valider la démarche par une approche expérimentale, nous avons réalisé des plaques poreuses d’alumine à porosité ouverte contrôlée. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible d’accéder à des caractéristiques élastiques de plaques poreuses au travers d’une mesure ultrasonore.The essential work of this thesis is the characterization of the elastic coefficients of a porous medium using ultrasonic waves. A bibliographic study is presented at the beginning of the thesis summarizing previous works in this domain, particularly about propagation models of elastics waves. Taking into consideration all internal reflected and transmitted waves in the porous medium, we introduce a new formalism of calculus of reflection and transmission coefficients of elastics waves in porous medium being the only coefficient that can be measured directly from experiments. The elastic coefficients are then found by applying a numeric inverse problem method. We used a numerical finite element simulation applied to a porous beam in order to calculate the static values of the elastic constants that will be introduced as initial values in the algorithm in numerical inverse problem. In order to validate our numerical process, we realized different alumina porous media with a controlled porosity. All obtained results show that elastic properties of porous medium can be found using ultrasonic measurement