Manipulation et contrôle d'ondes élastiques guidées en milieux complexes

par Benoit Gérardin

Thèse de doctorat en Physique. Acoustique physique

Sous la direction de Claire Prada et de Arnaud Derode.

Soutenue le 10-11-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Institut Langevin ondes et images (Paris) (équipe de recherche) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (établissement de préparation) .

Le président du jury était Fabrice Mortessagne.

Le jury était composé de Todd W. Murray, Patrick Sebbah, Olivier Poncelet, Alexandre Aubry, Sylvain Gransart.

Les rapporteurs étaient Philippe Roux, Vincent Pagneux.


  • Résumé

    Quelle que soit la nature des ondes utilisées et des milieux traversés, le contrôle de la propagation ondes est d'un intérêt majeur pour de nombreuses applications. D'une part, la complexité du milieu peut être exploitée en exerçant un contrôle cohérent du front d’onde incident. D'autre part, on peut forcer une onde à se propager suivant un chemin désiré en concevant soi-même le milieu de propagation. Dans cette thèse, nous étudions ces deux aspects à partir d'expériences ultrasons-laser mettant en jeu la propagation d'ondes de Lamb dans des plaques.La propagation des ondes à travers un milieu diffusant est tout d’abord étudiée à partir de sa matrice de diffusion. Une prédiction théorique importante est l’existence de canaux de propagation totalement ouverts ou fermés. Une première partie de ces travaux consiste à démontrer expérimentalement ce résultat en mettant en évidence la possibilité de transmettre totalement une onde à travers un milieu désordonné. Dans un second temps, la mesure d’une matrice des temps de vol nous permet d’étudier ces canaux dans le domaine temporel. Ceux-ci donnent lieu à des paquets d’onde dont la cohérence spatiale et temporelle est conservée tout au long de leur propagation dans le milieu.Le second volet de cette thèse consiste à tirer profit des phénomènes de réflexion et réfraction négative afin de contrôler la propagation des ondes de Lamb. D’une part, la réflexion négative est mise à profit pour réaliser une conjugaison de phase passive des ondes de Lamb. D’autre part, le concept des milieux complémentaires est exploré afin d’annuler la diffraction des ondes et ainsi camoufler certaines zones du milieu de propagation.

  • Titre traduit

    Manipulating and controlling the propagation of guided elastic waves in complex media


  • Résumé

    Whatever their nature or the propagation medium, controlling the propagation of waves is of fundamental interest for many applications. On the one hand, one can tame wave-fields in order to take advantage of the complexity of the medium. On the other hand, one can force waves along desired paths through a careful design of manmade materials. In this thesis, we study those two aspects on the basis of laser-ultrasonic experiments involving the propagation of Lamb waves in elastic plates.The control of wave propagation through complex systems is first investigated by means of the scattering matrix approach. In diffusive media, theorists have demonstrated the existence of propagation channels either closed or open through which the wave can travel. The first part of this work present a direct experimental evidence of this result as well as the ability to fully transmit a wave through a disordered medium. In a second part, the measurement of the time-delay matrix allows the study of such channels in the time domain. They are shown to give rise to particle-like wave packets that remain focused in time and space throughout their trajectory in the medium.The second part of this thesis consists in studying the concepts of negative reflection and refraction for the manipulation of Lamb wave propagation. On the one hand, negative reflection is taken advantage of to perform a passive phase conjugation of Lamb waves. On the other hand, the notion of complementary media is investigated in order to cancel the diffraction of waves and cloak some areas of the plate.


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