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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (26/09/2011), Bernard Bonello (Dir.)
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Ondes élastiques en milieu périodique et réfraction négative
Juliette Pierre1

La propagation des ondes élastiques dans les structures périodiques infinies est décrite par la théorie de Floquet-Bloch. Les contraintes expérimentales conduisant nécessairement à des cristaux phononiques de taille finie, des écarts à la théorie sont donc envisageables. Par ailleurs, le comportement expérimental des ondes élastiques au sein de ces milieux périodiques est mal décrit à ce jour, car déduit du signal transmis. Ainsi, un grand nombre de phénomènes, n'existant qu'au sein des cristaux, ne peuvent être mis en évidence. La première partie de ce travail expérimental vise à mieux appréhender la dispersion des ondes élastiques se propageant au sein de cristaux phononiques bidimensionnels. Ces derniers sont composés d'inclusions d'air obtenues par photolithographie et attaque chimique de plaques minces de silicium. Un montage "ultrasons-laser", permettant la génération et la détection d'ondes élastiques en tout point de la surface de l'échantillon, a été mis au point. L'analyse des champs de déplacements de surface a permis la mise en évidence de la décomposition des vecteurs d'onde telle que prédite par la théorie de Floquet-Bloch. Une observation des modes à vitesse de groupe nulle en bord de gap a également été réalisée. Enfin, l'influence de la dissymétrie des inclusions sur l'ouverture de gap intra-bande a été étudiée. La seconde partie de ce travail est consacrée à l'observation expérimentale de la réfraction négative d'ondes élastiques, de Lamb et de Rayleigh, par des cristaux phononiques à deux dimensions et à matrices solides (silicium et silice). Le lien entre la propagation des ondes au sein du cristal phononique et leur réfraction à l'interface avec le milieu homogène est établi.
1 :  INSP - Institut des Nanosciences de Paris
Cristal phononique – Onde de Lamb – Onde de Rayleigh – Réfraction négative

Elastic waves in periodic medium and negative refraction
The propagation of elastic waves in infinite periodic structures is described by the Bloch theory. Due to experimental constraints the phononic crystals are necessarily of finite size; some discrepancies between the theory and the experimental data are thus possible. Moreover, the behaviour of elastic waves within these periodic structures is badly described thus far, because it is deduced from the transmitted signal. Therefore, a large number of phenomena, existing only within crystals, cannot be brought to light. The first part of this experimental work aims at better understanding the dispersion of elastic waves propagating within bi-dimensional phononic crystals. These phononic crystals consist of air inclusions engraved in a thin silicon plate by photolithography and chemical attack. A laser-ultrasonic setup is used both to generate and to detect surface elastic waves on all the surface of the sample. The analysis of the displacements field at the surface of the samples allows reveals the decomposition of wave vectors, as predicted by the Bloch theory. At the band gap edge, an observation of elastic modes with zero group velocity has also been achieved. Finally, the influence of the dissymmetry of the inclusions on the opening of intra-band gap has been studied. The second part of this work is devoted to the negative refraction of Lamb and Rayleigh waves by two dimensional phononic crystals with a solid matrix (silicon and silica). The link between the propagation of elastic waves within the phononic crystal and the refraction at the interface with the homogeneous medium is established.
Phononic crystal – Lamb wave – Rayleigh wave – Negative refraction

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