Contribution à l'étude de la pression de radiation acoustique : application à la non linéarité de l'élasticité de cisaillement dans les solides mous

Contribution to the study of acoustic radiation pressure : application to the nonlinear shear elasticity of soft solids

• Auteur / Autrice : Mathieu Renier
• Direction : Daniel Royer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Acoustique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes de cisaillement

Pression de radiation acoustique

Ultrasons

Acoustique non linéaire

Résumé

Ce manuscrit présente une étude de la pression de radiation acoustique induite par la propagation d'une onde ultrasonore. L'objectif de cette thèse est d'étudier expérimentalement et d'analyser les conditions d'existence d'une pression quasi-statique induite par la propagation non linéaire d'un train d'ondes émis dans un liquide (eau) non confiné. A l'aide d'un modèle en ondes planes, nous interprétons la composante quasi-statique du déplacement auto-démodulé comme la valeur moyenne temporelle du déplacement. Cette démarche montre qu'en champ proche, une composante quasi-statique s'ajoute à la pression auto-démodulée historiquement introduite et qu'elle s'identifie à la pression de radiation de Rayleigh, usuellement introduite dans le cas d'une onde harmonique émise dans un fluide confiné. Celle-ci existe et peut être interprétée comme un effet de « champ proche ». En champ lointain, la pression de radiation est celle de Langevin. Dans un solide mou (tissus biologiques) la pression de radiation est utilisée pour engendrer localement une onde de cisaillement. Etant donné leur très faible vitesse (quelques m/s), la propagation de ces ondes donne lieu à des phénomènes non linéaires très importants. Ceux-ci sont observés et mesurés, à l'aide du dispositif d'imagerie ultra-rapide développé au laboratoire pour les applications médicales (élastographie).

This work presents a study of the acoustic radiation pressure induced by the propagation of an ultrasonic wave. The aim is to analyse the conditions of existence of a quasi-static pressure induced by the nonlinear propagation of a tone burst radiated in an unconfined liquid (water). Using a plane wave analysis, we interpret the quasi-static component of the self-demodulated displacement as the time average of the particle displacement. In the near-field area, a quasi-static pressure adds to the self-demodulated historically introduced. This term is formally identified as the Rayleigh radiation pressure, usually introduced in the case of a harmonic wave emitted in a confined fluid. Thus, this radiation pressure exists in a free liquid and can be interpreted as a "near-field" effect. In the far field, the Langevin radiation pressure is retrieved. In a soft solid (tissue), the radiation pressure is used to create a local shear wave. The very low shear wave speed (a few m/s) and the associated shear elastic Mach number allow us to observe cubic nonlinear effects induced by the propagation of shear waves. These effects are measured using the ultra-fast imaging technique developed in the laboratory for medical applications (elastography).