Multiple scattering by immersed elastic shells.
Propagation of coherent waves and resonant interactions.
Diffusion multiple par des cibles élastiques immergées.
Propagation d'ondes cohérentes et interactions résonantes.
Résumé
This work deals with the acoustic scattering by a random distribution of cylindrical shells in a fluid. This study
has three parts. The first one is about a limited number of shells. A resonant coupling is shown. This couple
induces a split of the A-wave (Scholte-Stoneley wave) resonances. These splits are experimentally validated.
The second part presents two effective media theories: Waterman and Truell's and the Fikioris and Waterman's
one. They consist in the analytic averaging of the scattered field with the positions of shells. The average wave
obtained is called the effective or coherent wave. The major difference between these theories is that Fikioris and
Waterman take into account the size of the shells whereas, in the Waterman and Truell theory, the radius of the
shells tends towards zero. These two theories allow the computation of an effective wave number. The influence
of the resonances of one shell is seen on the effective phase velocity and on the effective attenuation. The results
of these two theories are compared with the ones of a third theory: the one of Foldy. All these theories give
similar results for weak concentrations, but, for strong concentrations, the results of the theory of Fikioris and
Waterman differ from the others. The study of a slab-like region with randomly placed shells leads to the
determination of a reflection and a transmission coefficient. These are similar to the ones obtained by
considering a fluid slab. The analogy between the inhomogeneous medium and a viscous fluid is possible. The
experimental study of such a medium gives good results for the effective attenuation. The last part deals with
inhomogeneous media with the shells replaced by a set of two shells close enough to produce resonant coupling.
In this case, an effective wave number is obtained with the Fikioris and Waterman theory. The reflection and
transmission coefficients can be expressed as the ones of a fictitious fluid-like slab for which the phase velocity
and the attenuation would be dependent of the direction of propagation.
has three parts. The first one is about a limited number of shells. A resonant coupling is shown. This couple
induces a split of the A-wave (Scholte-Stoneley wave) resonances. These splits are experimentally validated.
The second part presents two effective media theories: Waterman and Truell's and the Fikioris and Waterman's
one. They consist in the analytic averaging of the scattered field with the positions of shells. The average wave
obtained is called the effective or coherent wave. The major difference between these theories is that Fikioris and
Waterman take into account the size of the shells whereas, in the Waterman and Truell theory, the radius of the
shells tends towards zero. These two theories allow the computation of an effective wave number. The influence
of the resonances of one shell is seen on the effective phase velocity and on the effective attenuation. The results
of these two theories are compared with the ones of a third theory: the one of Foldy. All these theories give
similar results for weak concentrations, but, for strong concentrations, the results of the theory of Fikioris and
Waterman differ from the others. The study of a slab-like region with randomly placed shells leads to the
determination of a reflection and a transmission coefficient. These are similar to the ones obtained by
considering a fluid slab. The analogy between the inhomogeneous medium and a viscous fluid is possible. The
experimental study of such a medium gives good results for the effective attenuation. The last part deals with
inhomogeneous media with the shells replaced by a set of two shells close enough to produce resonant coupling.
In this case, an effective wave number is obtained with the Fikioris and Waterman theory. The reflection and
transmission coefficients can be expressed as the ones of a fictitious fluid-like slab for which the phase velocity
and the attenuation would be dependent of the direction of propagation.
diffuseurs élastiques aléatoirement répartis. Cette étude se compose de trois parties. La première partie
s'intéresse à un nombre restreint de diffuseurs. Elle a permis de mettre en évidence un phénomène de couplage
résonant entre des diffuseurs cylindriques proches se manifestant par une démultiplication des fréquences de
résonances associées à l'onde A (onde de Scholte-Stoneley). Ces démultiplications ont été validées
expérimentalement. La seconde partie présente deux théories de milieu effectif : celle de Waterman et Truell et
celle de Fikioris et Waterman. La philosophie de ces deux théories est de déterminer l'onde moyenne résultant
d'un moyennage sur les positions des diffuseurs. C'est cette onde que l'on appelle onde cohérente. Ces théories
aboutissent au calcul d'un nombre d'onde effectif caractérisant l'onde cohérente. La différence essentielle entre
ces deux théories réside dans la prise en compte de la taille des diffuseurs dans celle de Fikioris et Waterman.
Les résultats des ces deux théories sont comparés entre eux et avec ceux obtenus par une troisième théorie, celle
de Foldy. On note l'influence des fréquences de résonance d'un diffuseur seul sur le nombre d'onde effectif. Les
trois théories donnent des résultats similaires pour de faibles concentrations. Dans le cas de fortes concentrations,
les résultats issus de la théorie de Fikioris et Waterman se distinguent de ceux obtenus par les deux autres
théories. Lorsque l'on considère une couche de milieu multi-diffuseur, on peut déterminer des coefficients de
réflexion et de transmission s'exprimant formellement comme ceux d'une plaque fluide. Une analogie entre un
milieu multi-diffuseur et un milieu fluide visqueux est possible. L'étude expérimentale menée sur un tel système
montre un bon accord avec la théorie en ce qui concerne l'atténuation. La dernière partie de ce document
consiste en l'étude d'un milieu multi-diffuseur dans lequel les diffuseurs sont anisotropes. Les diffuseurs du
milieu présenté sont constitués de deux diffuseurs cylindriques suffisamment proches pour qu'il y ait couplage
résonant. On peut alors déterminer un nombre d'onde effectif à l'aide de la théorie de Fikioris et Waterman, ainsi
que des coefficient de réflexion et de transmission. Ces derniers se mettent sous la même forme que ceux
associés à un milieu fictif de type fluide pour lequel la vitesse de phase et l'atténuation varieraient en fonction de
la direction de propagation.
s'intéresse à un nombre restreint de diffuseurs. Elle a permis de mettre en évidence un phénomène de couplage
résonant entre des diffuseurs cylindriques proches se manifestant par une démultiplication des fréquences de
résonances associées à l'onde A (onde de Scholte-Stoneley). Ces démultiplications ont été validées
expérimentalement. La seconde partie présente deux théories de milieu effectif : celle de Waterman et Truell et
celle de Fikioris et Waterman. La philosophie de ces deux théories est de déterminer l'onde moyenne résultant
d'un moyennage sur les positions des diffuseurs. C'est cette onde que l'on appelle onde cohérente. Ces théories
aboutissent au calcul d'un nombre d'onde effectif caractérisant l'onde cohérente. La différence essentielle entre
ces deux théories réside dans la prise en compte de la taille des diffuseurs dans celle de Fikioris et Waterman.
Les résultats des ces deux théories sont comparés entre eux et avec ceux obtenus par une troisième théorie, celle
de Foldy. On note l'influence des fréquences de résonance d'un diffuseur seul sur le nombre d'onde effectif. Les
trois théories donnent des résultats similaires pour de faibles concentrations. Dans le cas de fortes concentrations,
les résultats issus de la théorie de Fikioris et Waterman se distinguent de ceux obtenus par les deux autres
théories. Lorsque l'on considère une couche de milieu multi-diffuseur, on peut déterminer des coefficients de
réflexion et de transmission s'exprimant formellement comme ceux d'une plaque fluide. Une analogie entre un
milieu multi-diffuseur et un milieu fluide visqueux est possible. L'étude expérimentale menée sur un tel système
montre un bon accord avec la théorie en ce qui concerne l'atténuation. La dernière partie de ce document
consiste en l'étude d'un milieu multi-diffuseur dans lequel les diffuseurs sont anisotropes. Les diffuseurs du
milieu présenté sont constitués de deux diffuseurs cylindriques suffisamment proches pour qu'il y ait couplage
résonant. On peut alors déterminer un nombre d'onde effectif à l'aide de la théorie de Fikioris et Waterman, ainsi
que des coefficient de réflexion et de transmission. Ces derniers se mettent sous la même forme que ceux
associés à un milieu fictif de type fluide pour lequel la vitesse de phase et l'atténuation varieraient en fonction de
la direction de propagation.
Loading...