Application de la méthode de sommation de faisceaux gaussiens à l'étude de la propagation ultrasonore en milieu turbulent

par David Fiorina

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Daniel Juvé.

Soutenue en 1998

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .

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  • Résumé

    Ce mémoire présente les résultats d'une étude expérimentale et numérique sur la propagation d'ultrasons au sein d'une turbulence thermique homogène et isotrope. Un modèle numérique basé sur la représentation de la turbulence par superposition d'un nombre fini de modes de Fourier et le calcul du champ acoustique par la méthode de sommation de faisceaux gaussiens nous a permis d'étudier la propagation d'une onde émise par un point source dans un milieu turbulent bidimensionnel. C'est, à notre connaissance, la première tentative d'application de la méthode de sommation de faisceaux gaussiens, qui peut être considérée comme une extension de la technique classique des rayons, à l'étude de la propagation d'ondes acoustiques en milieu aléatoire. Ce modèle est basé sur le principe suivant : le milieu est représenté par un grand nombre de réalisations indépendantes de champs turbulents pour lesquelles nous calculons le champ acoustique de façon déterministe. En effectuant des statistiques sur l'ensemble des réalisations, nous obtenons des grandeurs caractéristiques du champ acoustique perturbé : variance des fluctuations des temps de parcours, variance normalisée des fluctuations d'intensité, densité de probabilité de l'intensité. Dans le cas des faibles fluctuations, les résultats obtenus pour les fluctuations d'amplitude et de temps de parcours sont en très bon accord avec les solutions analytiques de référence. Lorsque le niveau des fluctuations augmente, le modèle prédit les évolutions attendues. Cependant, une grande sensibilité à la présence de caustiques à proximité des récepteurs a été mise en évidence. Des calculs dans le domaine temporel ont également été menés pour étudier les effets de la turbulence sur propagation d'un signal de type impulsionnel. Ils fournissent une illustration des variations que peut engendrer la nature fluctuante du milieu de propagation. Un dispositif expérimental instrumente de thermocouples et de traducteurs acoustiques a été mis en place pour étudier la propagation ultrasonore en eau. Les mesures réalisées nous ont permis de caractériser certains paramètres de la turbulence présente au sein de notre dispositif et de nous rendre compte des effets de la turbulence sur la propagation d'un signal impulsionnel. Les mesures acoustiques pour le temps de parcours et les fluctuations d'amplitude sont en accord avec les théories de Chernov et de Rytov. Ces mesures ont également montré l'importance de connaître le spectre réel des fluctuations thermiques pour prédire correctement le champ acoustique perturbé et les limitations du spectre associé à une fonction de corrélation gaussienne. Enfin, une étude de la défocalisation d'une antenne par la turbulence a été effectuée numériquement. Afin de corriger les aberrations la technique de retournement temporel a été utilisée avec succès dans le cas de faibles perturbations pour une turbulence figée. Un modèle simple d'évolution temporelle du milieu entre les phases de réception et de réémission des signaux par l'antenne a montré l'importance du dégèlement de la turbulence sur les performances de la technique de retournement temporel et la nécessité de sa prise en compte pour des applications industrielles.

  • Titre traduit

    Application of the gaussian beam summation method to ultrasonic propagation in a turbulent medium


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  • Détails : 119 P.
  • Annexes : 71 réf.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1774
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