Effets d’écoulements non-uniformes sur la transmission et la réflexion d’ondes acoustiques

Effects of non-uniform flows on the scattering of acoustic waves

• Auteur / Autrice : Charlotte Saverna
• Direction : Yves Aurégan, Vincent Pagneux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 02/07/2021
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans / LAUM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Aurégan, Vincent Pagneux, Gwénaël Gabard, Michel Roger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Maurel, Mabrouk Ben Tahar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéroacoustique

Son -- Propagation

Ondes sonores

Écoulement cisaillé

Mots clés libres

Aéroacoustique

Écoulement cisaillé

Non-réciprocité

Couches critiques

Modes piégés

Absorption parfaite

Goos-Hänchen

Métasurface

Aeroacoustics

Shear flow

Non-reciprocity

Critical layers

Trapped modes

Perfect absorption

Goos-Hänchen

Metasurface

Résumé

Les interactions entre écoulements fluides et ondes acoustiques sont un sujet largement étudié. Or, ces interactions donnent naturellement lieu à des phénomènes non-réciproques. Dans cette thèse de doctorat, nous nous proposons d’exploiter cette propriété dans plusieurs systèmes donnant lieu à des transmissions et réflexions exotiques. Les cas particuliers d’un écoulement linéairement cisaillé entre deux milieux en mouvement uniforme, d’une couche de cisaillement au-dessus d’une paroi admittante et d’un cylindre en rotation entrainant le fluide autour de lui feront l’objet d’études approfondies. À travers des simulations numériques, des études analytiques et des développements asymptotiques l’effet de l’écoulement sera discuté. Celui-ci est en effet susceptible d’agir sur la conservation de l’énergie acoustique dans un système donné, mais aussi sur les caractéristiques (amplitude et direction) du champs acoustique réfléchi. L’ajout d’écoulement jouera en particulier sur plusieurs phénomènes physiques ou applications propres aux systèmes considérés tels que la réfraction négative, l’absorption parfaite, le décalage de Goos-Hänchen, la manipulation de front d’onde, ou encore la présence de modes piégés. Pour chacun de ces phénomènes, les caractéristiques de l’écoulement (nombre de Mach moyen ou épaisseur de couche de cisaillement par exemple) sont variées afin de pouvoir conclure sur leur rôle dans une éventuelle modification, amplification, voire annulation du phénomène.

The interaction between fluid flows and acoustic waves is a widely studied subject. These interactions naturally give rise to non-reciprocal phenomena. In this PhD thesis, we propose to exploit this property in several systems where exotic transmissions and reflections occur. The particular cases of a linearly sheared flow between two uniformly moving media, of a shear layer above an admitting wall and of a rotating cylinder driving the fluid around it will be studied in depth. Through numerical simulations, analytical studies and asymptotic developments, the effect of the flow will be discussed. The flow is indeed likely to affect the conservation of acoustic energy in a given system, but also the characteristics (amplitude and direction) of the reflected acoustic field. The addition of flow will affect several physical phenomena or applications specific to the considered systems such as negative refraction, perfect absorption, Goos-Hänchen shift, wavefront manipulation, or the presence of trapped modes. For each of these phenomena, the flow characteristics (e.g. average Mach number or shear layer thickness) are varied in order to conclude on their role in a possible modification, amplification or even cancellation of the phenomenon.