Etude expérimentale de la propagation, de la diffusion et de la localisation des ondes de Lamb
Résumé
Elastic waves propagating in thin plates are an efficient tool for the fundamental study of waves in complex media. They allow developing experimental setups of macroscopic size, broadband and non-invasive when the generation and detection of ultrasounds are performed by laser. The experimental tool developed in this thesis allows direct access to the whole time dynamics of Lamb wave normal displacements. The amplitude and phase spatial distribution of the modes are obtained by Fourier transform of time measurements. We study two kinds of complex media: homogeneous ones with chaotic shape and heterogeneous ones. For the first, we look at how a closed chaotic medium is modified when it is progressively coupled with the environment. For this, a series of experiments is carried out on a chaotic silicon wafer with increasing local losses. A second study deals with Lamb waves scattering by a non through-hole: the "blind" hole. This scatterer exhibits a high scattering strength thanks to its internal resonances. Thus, it can be used to build complex heterogeneous systems. In such media, waves can be spatially trapped by the disorder, due to complex interference processes. This phenomenon, known as "Anderson localization", is studied in the last part of this work. We describe the conception and experimental analysis of a randomly etched silicon wafer containing about 3400 blind holes.
Les ondes élastiques qui se propagent dans les plaques minces constituent un outil performant pour l'étude fondamentale des ondes en milieux complexes. Elles permettent d'élaborer des dispositifs expérimentaux de taille macroscopique, large bande et non invasifs lorsque la génération et la détection des ultrasons sont effectuées par laser. L'outil expérimental développé dans le cadre de cette thèse permet d'une part l'accès direct à la dynamique temporelle du champ de vibration normale des ondes de Lamb et d'autre part de dresser les cartographies spatiales d'amplitude et de phase des modes propres par traitement numérique. Les milieux complexes étudiés sont de deux types : les milieux homogènes chaotiques ouverts et les milieux hétérogènes fortement diffusants. Pour les premiers, on s'intéresse aux effets de l'ouverture du système fermé vers l'extérieur sur les caractéristiques spectrales et spatiales des modes. Pour ce faire, une série d'expériences est réalisée à la surface d'un wafer de silicium de forme chaotique avec un taux de pertes locales variable. Une seconde étude a trait au problème de la diffusion des ondes de Lamb par un trou non traversant : le trou " borgne ". Ses caractéristiques de résonateur basse fréquence permettent de disposer d'un grand nombre de diffuseurs efficaces dans un volume réduit. Dans de tels milieux désordonnés, les interférences entre les ondes multiplement diffusées peuvent bloquer la propagation des ondes : c'est le phénomène de "localisation d'Anderson" qui fait l'objet de la dernière partie de ce travail. On y décrit l'élaboration puis l'analyse d'un milieu localisant constitué d'une plaque de silicium contenant une collection aléatoire de trous borgnes.
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