Contrôle et manipulation d'ondes hydroélastiques

Control and manipulation of hydroelastic waves

• Auteur / Autrice : Lucie Domino
• Direction : Marc Fermigier, Antonin Eddi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/11/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....) - Physique et mécanique des milieux hétérogenes
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Charlaix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Fermigier, Antonin Eddi, Elisabeth Charlaix, Anne-Laure Biance, Stefan Enoch, Thomas Salez, Frédéric Moisy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Laure Biance, Stefan Enoch

Mots clés

Mots clés libres

Ondes

Hydrodynamique

Elasticite

Physique non lineaire

Cristaux artificiels

Membranes

Waves

Hydrodynamics

Elasticity

Non linear physics

Artificial crystals

Membranes

Résumé

Cette thèse porte sur la physique des ondes, dans le but de contrôler leur propagation. Nous cherchons à mettre en évidence des phénomènes communs à toutes les ondes grâce à un système expérimental modèle utilisant les ondes à la surface d’un liquide. Plus précisément, nous choisissons de travailler avec des ondes hydroélastiques en couvrant la surface du liquide avec un film élastique. Les déformations élastiques de cette membrane sont couplées aux mouvements du fluide, de sorte qu’en modifiant les propriétés de la membrane nous pouvons agir sur la propagation des ondes. Ainsi, en changeant localement l’épaisseur du film élastique nous montrons qu’il est possible de dévier, réfléchir ou encore focaliser les ondes. Ensuite, en structurant périodiquement la membrane nous mettons en évidence des effets liés à la périodicité et/ou à la nature des objets formant le réseau régulier. Nous utilisons des perforations circulaires dont nous varions le diamètre, l’espacement et l’arrangement dans l’espace, ce qui nous permet de contrôler très finement le comportement des ondes dans le cristal artificiel ainsi formé. Nous mettons notamment en évidence l’existence de bandes interdites de propagation. Enfin, nous re-visitons l’instabilité de Faraday, connue en hydrodynamique, en vibrant verticalement un bain liquide recouvert d’une membrane élastique, et nous montrons que cette instabilité existe également pour les ondes hydroélastiques.

This thesis deals with waves at the surface of a liquid, and aims at controlling their propagation. We want to show universal results, valid for all waves, using model experiments. We work with hydroelastic waves, obtained with an elastic membrane that covers the liquid surface. The elastic deformation of this membrane couples with the motion of the fluid, so that we can change the propagation of the waves by modifying the properties of the elastic cover. We show that if we locally change the thickness of the elastic cover, we can deviate, reflect or focus the waves. We then periodically structure the membrane and thus unveil effects due to he periodicity and/or the nature of the objects that form the regular array. We use an ensemble of circular perforations of which we vary the diameter, the spacing and the pattern, in order to accurately control the propagation of the waves in this artificial crystal. In particular, we show that there exist band gaps for the waves. Lastly, we re-visit the Faraday instability, known in hydrodynamics, by vertically vibrating a fluid layer covered with an elastic membrane, and we show that this instability also exist for hydroelastic waves.