Contribution expérimentale à l'étude de la diffusion multiple des ultrasons en régimes de propagation linéaire et non linéaire

par Nicolas Viard

Thèse de doctorat en Matière condensée et interfaces

Sous la direction de Christophe Barrière et de Arnaud Derode.

Soutenue en 2014

à Paris 7 .


  • Résumé

    Ces travaux expérimentaux portent sur la propagation linéaire et non linéaire d'ultrasons en milieux aléatoires fortement hétérogènes. En régime non linéaire, nous étudions la transmission cohérente d'une onde de choc à travers deux milieux aléatoires hétérogènes modèles : une forêt de tiges métalliques immergées dans l'eau, et un gel bulleux. L'expérience montre que la non linéarité et la diffusion multiple y sont découplées. Nous exploitons alors l'étendue spectrale de l'onde de choc incidente, pour mesurer l'atténuation et la vitesse de groupe de l'onde cohérente, sur un large intervalle de fréquence. En comparant nos mesures à une théorie linéaire de la diffusion, incluant des corrélations de paire entre centres diffuseurs, nous étendons sor domaine de validité, et nous montrons par la même qu'une onde de choc constitue un bon outil de spectroscopie des milieux fortement hétérogènes. À l'aide du même dispositif expérimental, nous observons pour la première fois une coda ultrasonore transmise par un milieu bulleux. En régime linéaire, nous exploitons la coda engendrée par la diffusion multiple pour mesurer les paramètres de transport des forêts de tiges métalliques immergées. Nous présentons des mesures impulsionnelles et résolues en fréquence de la constante de diffusion des ultrasons dans ces milieux. Ces dernières montrent tout l'intérêt d'étudier la coda, qui fournit des mesures mieux résolues que l'onde cohérente. Enfin, nous présentons les premières mesures résolues en fréquence de la vitesse de transport pour ces milieux modèles. Avec ces mesures, nous disposons maintenant d'un milieu hétérogène synthétique parfaitement caractérisé en régime linéaire.


  • Résumé

    This experimental thesis work focuses on the linear and nonlinear propagation of ultrasounds in highly heterogeneous random media. In the nonlinear regime, we investigate the coherent transmission of a shock wave through two models of heterogeneous random media: a forest of metal rods immersed in water, and a bubbly gel. The experiment shows that the effects of the nonlinearity and of the multiple scattering are decoupled. We then take advantage of the large spectrum of the incident shock wave to measure the attenuation and the group velocity of the coherent wave in the medium, on a very large frequency band. By comparing our measurements to a linear theory including second order spatial correlations between scatterers, we extend its range of validity, and we show that a shock wave is a promising tool for spectroscopy of highly heterogeneous medium. Using the same experimental setup, we report the first measurement of an ultrasonic coda transmitted by a bubbly medium. In the linear propagation regime, we use the coda generated by the multiple scattering to measure the transport parameters in the forests of metal rods immersed. We present both broadband and frequency-resolved measurements of the diffusion constant of ultrasounds in these media. These latters show the interest to study the coda, which provides better frequency-resolved measurements than the coherent wave. Finally, we present the first frequency-resolved measurements of the velocity of transport for these model media. With these measurements, we now have a fully characterized synthetic heterogeneous medium.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (105 p.)
  • Annexes : 71 Réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2014) 026
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