Acoustique des sédiments : développement d'un système de mesure en laboratoire et analyse des réponses d'un sol argileux de très forte teneur en eau

par Vanessa Martin

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Génie civil

Sous la direction de Alain Alexis et de Philippe Poullain.

Soutenue en 2008

à Nantes .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension des relations qui lient les propriétés acoustiques aux propriétés physiques de sédiments naturels saturés. Dans le cadre de la recherche appliquée à la gestion environnementale des barrages, et plus précisément au suivi des stocks de sédiments dans les lacs de retenues de barrages, l'étude se porte sur les sédiments argileux, et leurs propriétés acoustiques à des fréquences de quelques kHz. Nous adoptons une démarche expérimentale originale pour mesurer les caractéristiques acoustiques des sédiments traversés par des ondes de compression. Nous avons dimensionné et conçu un système de mesure (guide d'onde) des propriétés acoustiques de matériaux fluides visqueux en laboratoire, pour répondre aux besoins spécifiques de l'étude. Dans un premier temps, nous interprétons les mesures de manière directe, dans le domaine temporel. Dans un second temps, nous posons et résolvons le problème d'identification dans le domaine fréquentiel, au moyen de méthodes d'analyse inverse adaptées (minimisation de fonction, et méthode de perturbation). Les mesures réalisées en laboratoire sur de l'argile ont mis en évidence l'influence de la concentration en particules sur la célérité. Nous avons également pu observer et caractériser le comportement viscoélastique des argiles, en soulignant la dispersion de la célérité (augmentation de la célérité avec l'augmentation de la fréquence) et l'atténuation. Notre démarche interdisciplinaire permet d'aborder la problématique sous les deux angles de la géotechnique et de l'acoustique, et contribue ainsi à une meilleure connaissance du comportement des matériaux naturels.

  • Titre traduit

    Sediment acoustics : development of an experiment laboratory set-up and analysis of the acoustic response of high-water-content clay sediments


  • Résumé

    The aim of this PhD work is to contribute to the understanding of the relationship between the acoustic and physical properties of natural satured sediments. In the framework of applied research in the environmental management of dams, and more specifically for monitoring sediment stocks in dam reservoirs, this study focuses on clay sediments, and their acoustic properties for frequencies within the kHz-range. We adopt an original experimental approach to measure the acoustic properties of the sediments through which compressional wave propagate. We designed an ad hoc laboratory laboratory set-up (waveguide) to measure the acoustic properties of viscous fluid media, in order to meet the specific requirements of the study. First, the measurements are analysed in a direct manner, in the time domain. Second, the identification problem is addressed and solved in the frequency domain, with the help of appropriate inverse methods (minimization of a cost function and perturbation method). The laboratory measurements, carried out on clay, highlight the influence of particle concentration on sound speed. We were also able to observe and characterize the visco-elastic behaviour of the clay, in particular the sound speed dispersion (the higher the frequency, the greater the speed) and attenuation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 161-166

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th. 2281 bis

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 08 NANT 2033
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