Application de la methode de sommation de faisceaux gaussiens a l'etude 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'ECL .

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  • Résumé

    Ce memoire presente les resultats d'une etude experimentale et numerique sur la propagation d'ultrasons au sein d'une turbulence thermique homogene et isotrope. Un modele numerique base sur la representation de la turbulence par superposition d'un nombre fini de modes de fourier et le calcul du champ acoustique par la methode de sommation de faisceaux gaussiens nous a permis d'etudier la propagation d'une onde emise par un point source dans un milieu turbulent bidimensionnel. C'est, a notre connaissance, la premiere tentative d'application de la methode de sommation de faisceaux gaussiens, qui peut etre consideree comme une extension de la technique classique des rayons, a l'etude de la propagation d'ondes acoustiques en milieu aleatoire. Ce modele est base sur le principe suivant : le milieu est represente par un grand nombre de realisations independantes de champs turbulents pour lesquelles nous calculons le champ acoustique de facon deterministe. En effectuant des statistiques sur l'ensemble des realisations, nous obtenons des grandeurs caracteristiques du champ acoustique perturbe : variance des fluctuations des temps de parcours, variance normalisee des fluctuations d'intensite, densite de probabilite de l'intensite. Dans le cas des faibles fluctuations, les resultats obtenus pour les fluctuations d'amplitude et de temps de parcours sont en tres bon accord avec les solutions analytiques de reference. Lorsque le niveau des fluctuations augmente, le modele predit les evolutions attendues. Cependant, une grande sensibilite a la presence de caustiques a proximite des recepteurs a ete mise en evidence. Des calculs dans le domaine temporel ont egalement ete menes pour etudier les effets de le 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 experimental instrumente de thermocouples et de traducteurs acoustiques a ete mis en place pour etudier la propagation ultrasonore en eau. Les mesures realisees nous ont permis de caracteriser certains parametres de la turbulence presente 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 theories de chernov et de rytov. Ces mesures ont egalement montre l'importance de connaitre le spectre reel des fluctuations thermiques pour predire correctement le champ acoustique perturbe et les limitations du spectre associe a une fonction de correlation gaussienne. Enfin, une etude de la defocalisation d'une antenne par la turbulence a ete effectuee numeriquement. Afin de corriger les aberrations la technique de retournement temporel a ete utilisee avec succes dans le cas de faibles perturbations pour une turbulence figee. Un modele simple d'evolution temporelle du milieu entre les phases de reception et de reemission des signaux par l'antenne a montre l'importance du degelement de la turbulence sur les performances de la technique de retournement temporel et la necessite de sa prise en compte pour des applications industrielles.


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

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