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Doctorat d'Acoustique

Mes travaux de thèse traitaient de la modélisation de la propagation d'ondes guidées dans des plaques à parois rugueuses et ont été encadrés par Catherine Potel et Michel Bruneau au sein du laboratoire d'acoustique de l'université du Maine (LAUM). Le manuscrit de thèse est disponible sur tel.

Les processus de diffusion sur des rugosités de parois se traduisent par des couplages modaux, transferts d'énergie entre modes créés ou non par des sources, modes propres pour ondes de pression en fluides ou pour ondes SH en solides, modes de Lamb en guides solides. Qu'il s'agisse de champs à caractère scalaire (en fluide ou ondes SH en solide) ou vectoriel (ondes de Lamb), un modèle nouveau, qui repose sur une formulation intégrale des équations scalaires de propagation, est mis en œuvre, modèle dans lequel le choix des fonctions de Green joue un rôle prépondérant. Du fait que les champs scalaires satisfont à des conditions de Neumann sur les frontières rugueuses, cette fonction de Green est développée, pour les cas des champs scalaires, sur une base de fonctions propres satisfaisant à ces mêmes conditions afin d'optimiser le processus de convergence des calculs. Pour le cas des ondes de Lamb, les conditions aux frontières sont des conditions de contraintes nulles qui sont modélisées par des conditions mixtes de paroi. La fonction de Green est recherchée sous la forme d'une transformée de Fourier, le choix de cette condition mixte permettant de faire apparaître dans l'intégrale de Fourier, calculée dans le plan complexe numériquement ou analytiquement (théorème des résidus), l'onde de Lamb recherchée.

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Propagation d'une onde plane harmonique dans un guide à parois sinusoidales pour une fréquence comprise dans une bande d'arrêt.

À partir des différents modèles mis en place, les relations entre champs acoustiques et profils de rugosité ont été étudiées pour tous types de rugosité, mais plus particulièrement pour des rugosités comportant des périodicités spatiales qui permettent des analyses plus avancées. La relation entre les densités spectrales de puissance (DSP) des profils de rugosité et les coefficients de réflexion et de transmission en énergie des modes guidés a été établie. Certains résultats obtenus ont été comparés à ceux d'expériences réalisées au Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (LOMC, FRE CNRS 3102) du Havre.

 

 

Post-doctorat en acoustique picoseconde

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un contrat post-doctoral au sein de l'équipe Ultrasons Laser de l'Institut de Mécanique et d'Ingénieries (I2M) de l'Université de Bordeaux en collaboration avec Bertrand Audoin et Thomas Dehoux.

Ce travail postdoctoral avait pour objectif d'étudier la génération par impulsions laser d'ondes d'interface se propageant à l'interface entre un substrat solide et un fluide visqueux en vue de caractériser la viscosité du fluide, mais également l'adhésion entre les deux milieux. L'absorption d'une impulsion laser (pompe) pendant une durée de quelques centaines de femtosecondes sur une surface ou à une interface conduit à un échauffement localisé qui a pour conséquence la génération d'ondes élastiques de volume et d'ondes de surface ou d'interface (ondes de Stoneley, ondes de Scholte ou ondes de Rayleigh fuyantes). Les évolutions spatio-temporelles des champs de température et les champs de déplacement élastique sont calculées en un point de détection (sonde). Le calcul des champs de déplacement étant basé sur des développements en ondes planes dans l'espace de Fourier (en temps et en espace), toutes les ondes élastiques susceptibles de se propager sont prises en compte simultanément dans les modèles développés. À partir des formes de solutions obtenues plusieurs études ont été menées. 

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Génération thermoélastique d'ondes à l'interface entre un solide isotrope et un fluide parfait.

La première étape a été de modéliser la génération d'ondes élastiques dans un demi-espace anisotrope viscoélastique par une source laser thermoélastique. Les résultats numériques ont alors permis d'interpréter des résultats expérimentaux obtenus par deux méthodes de détection, la déflectométrie et la Beam Distorsion Detection (BDD). Dans un second temps, le problème de la propagation d'ondes à une interface dégradée entre deux solides purement élastiques a été menée à bien en considérant un modèle rhéologique d'interface traduisant un saut des déplacements par l'intermédiaire de deux raideurs d'interface. Une étude approfondie des évolutions des courbes de dispersion des ondes d'interface en fonction de ces raideurs d'interface a permis de mettre en exergue des fréquences caractéristiques qui traduisent le passage en fonction de la fréquence des ondes entre les conditions aux frontières limites que sont une interface décollée, un contact glissant et un contact parfait. Enfin, le problème de la génération d'ondes d'interface entre un solide et un fluide viscoélastique a été amorcée. L'étude des courbes de dispersion des ondes d'interface a en particulier démontré la grande sensibilité des ondes de Scholte-Stoneley aux propriétés de viscosité du fluide et notamment au temps de relaxation du module dynamique de cisaillement, ouvrant ainsi la voie à une caractérisation de ce module dynamique à partir des mesures de la dispersion et de l'atténuation des ondes de Scholte-Stoneley.

Post-doctorat en contrôle non-destructif

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un contrat post-doctoral au sein de l'Institut Fraunhofer ITWM de Kaiserslautern (Allemagne) en collaboration avec Martin Spies. Ils traitaient de la modélisation de la propagation d'ondes de Rayleigh à la surface d'un matériau ayant un profil de contraintes résiduelles inhomogène et s'inscrivaient dans le cadre d'une collaboration avec la société MTU sur la caractérisation de profils de contraintes résiduelles par ultrasons.

Les profils de contraintes résiduelles étant générés dans les échantillons par des grenaillages par des billes de verres, le tenseur d'élasticité du matériau est modifié pour prendre en compte ces phénomènes de compression. Un modèle multicouche prenant en compte les effets acoustoélastiques a été développé pour modéliser la propagation des ondes de surface et l'influence du profil de contyraintes résiduelles sur la dispersion des ondes de surface a été mise en lumière.

 

Agents de contraste ultrasonores

Ces travaux portent sur l'étude de nouveaux agents de contraste ultrasonores. Les particules étudiées sont des coques élastiques contenant un coeur liquide. Elles se distinguent par leur taille nanométrique des agents de contraste utilisés actuellement en imagerie médicale qui contiennent un cœur gazeux et qui sont de taille micrométrique. En plus de leur fonction première d'améliorer l'imagerie échographique, ces nouveaux agents ont pour vocation de véhiculer un médicament en vue d'effectuer une délivrance ciblée sur site tumoral. Ces travaux s'inscrivent dans deux projets pilotés par François Coulouvrat de l'Institut $\partial$'Alembert : NABUCCO (Plan Cancer 2009-2013) et AIDA (Plan Cancer 2014-2019).

Les travaux menés ont consisté dans un premier temps à modéliser finement l'interaction d'une onde ultrasonore avec une coque à coeur liquide immergée dans un liquide visqueux et notamment de prendre en compte la compressibilité et la viscoélasticité de la coque. Ensuite, la modélisation du processus de vaporisation du coeur liquide induit par un apport intense d'énergie acoustique a été effectuée. Les larges déformations de la coque induite par le changement de phase du liquide en gaz a nécessité le recours à une loi de comportement non linéaire. Dans la continuité de ces travaux, l'utilisation de tensio-actifs à la place de la coque élastique a également conduit à l'adaptation du modèle de vaporisation au cas de gouttes sujettes à une tension de surface.