La présente thèse s’inscrit dans la suite des travaux sur les absorbants acoustiques hybrides actifs/passifs menés au Centre Acoustique du LMFA depuis une quinzaine d’années. Ces absorbants sont constitués de cellules couvertes par une mince couche de matériau poreux et équipées d’un système de contrôle actif permettant d’annuler la pression acoustique en face arrière du poreux. L’impédance de surface ainsi obtenue est purement réelle et donnée par la résistance du poreux utilisé. Le concept d’absorbant hybride renvoie au fonctionnement double des cellules puisque le contrôle actif est utilisé en basses fréquences uniquement,le système passif cavité-poreux assurant une absorption suffisante en plus hautes fréquences. Une application distincte a fait l’objet d’un grand nombre d’études, à savoir l’utilisation des cellules hybrides comme revêtement pour les parois de conduits, et plus particulièrement des entrées et des sorties d’air de nacelles de turboréacteurs. En effet, les absorbants passifs classiquement utilisés manquent de performance dans le domaine des basses fréquences. Or, le taux de dilution des nouveaux moteurs d’avions ne cesse de s’accroître,ce qui implique des soufflantes de plus en plus grandes, générant des émissions harmoniques en basses fréquences.Les objectifs de ce travail résultent de différents enjeux qui se présentent dans le cadre d’une telle application. Premièrement, l’impédance optimale en termes de réduction de bruit à réaliser en paroi d’un conduit est complexe et dépend de la fréquence. Un nouvel absorbant, dit absorbant hybride complexe, a été développé dans le but de produire de telles impédances. Un microphone supplémentaire en face avant du poreux permet alors d’estimer la vitesse à partir du gradient de pression et par conséquent l’impédance de surface de l’absorbant. Une couche protégeant le microphone en face avant de l’écoulement rasant est devenue nécessaire, et son effet sur l’impédance doit être prise en compte. Les mesures en Tube de Kundt montrent toutefois que des impédances optimales typiques (telle que l’impédance de Cremer) peuvent être obtenues. La bonne performance du nouvel absorbant est confirmée par mesure de la perte par transmission en absence d’écoulement ; elle est triplée par rapport à l’ancien absorbant hybride. Le champ complexe des impédances a ensuite été balayé expérimentalement à l’aide du nouvel absorbant, et ceci sans, ainsi qu’avec écoulement. La performance maximale est trouvée considérablement réduite en présence d’un écoulement,en contraste avec les calculs qui prédisent avant tout un décalage de l’optimum. L’étude des effets menant à la dégradation des performances constitue le deuxième axe de ce travail. Elle est menée à travers de mesures de Vélocimétrie Laser Doppler qui permettent de visualiser le champ acoustique en voisinage des différents absorbants hybrides. En effet, l’influence de l’absorbant hybride sur la veine est étendue sans écoulement et sa surface apparaît comme impédance uniforme. La présence de l’écoulement fait rétrécir cette zone au voisinage direct de chaque cellule.A ce jour, il n’est pas certain que la performance des absorbants hybrides puisse être considérablement améliorée en présence d’un écoulement rapide. Cependant, il y a des applications possibles a court terme du contrôle actif d’impédance, par exemple comme moyen expérimental. En effet, un contrôle plus flexible des conditions aux limites peut être utile pour une multitude d’expérimentations en acoustique. / The background of the present study is the research at the “Centre Acoustique du LMFA” in hybrid active/passive absorbers in the past 15 years. These absorbers are made of thin resistive layers backed by cells that each contain an active control system permitting to cancel acoustic pressure on the rear side of the resistive layer. The surface impedance that is realised in active mode is purely real and given by the resistance of the layer. The concept of hybrid absorption implies the use of active control in the low frequency region only. Passive absorption of the resonator-like system is indeed sufficient at higher frequencies. One application has been studied in particular, namely the use of hybrid absorbers as liners in flow ducts like turboengine intakes and outlets. In fact, the passive absorbers classically used suffer from a lack of performance in the low frequency region. At the same time, the bypass-ratio of modern turboengines continues to increase, which implies larger and larger fans emitting low frequency noise.The objectives of this study originate from different challenges that arise in such a context. First of it all,the optimal impedance for a liner in terms of noise reduction is complex and frequency dependent. A new absorber, the complex hybrid absorber, has been developed in the aim of realising such kind of impedances.A second microphone at the front face of the absorber permits to measure the pressure gradient through the resistive layer and therefore to estimate velocity and impedance. Another layer protecting the front face microphone from grazing flow has to be introduced and its effect on surface impedance has to be taken into account. Measurements in a standing wave tube show that typical optimal impedance functions (suchas the Cremer impedance) can be obtained. The good performance of the new liner has been confirmed by transmission loss (TL) measurements without flow, it is virtually tripled in respect to the former absorber.The complex impedance plane has finally been scanned experimentally using the new absorber and TL hasbeen recorded without and with grazing flow. Maximum TL is significantly decreased in presence of flow,which is in contrast to the performed modal calculation that predicts rather a shift of optimal impedance than a decrease of TL. The investigation of the effects leading to this decrease of performance constitutes the second axis of our work. Laser Doppler Velocimetry (LDV) measurements are performed in order to visualise the acoustic field in vicinity of different hybrid absorber setups. The influence of the liner on the duct is quite global in active mode without flow and its surface appears virtually as a constant impedance.The presence of flow shrinks the zone of influence to the immediate vicinity of each cell.At this stage of the study, it is not sure if the performance of hybrid liners can be significantly increased in presence of flow. However, there are possible applications of this technology even for the short term, for example as an experimental tool. In fact, a more flexible control of impedance boundary conditions can be useful for a multitude of acoustic experiments.

La mise en oeuvre de systèmes de détection de défauts à même les structures ou infrastructures en génie est le sujet d’étude du Structural Health Monitoring (SHM). Le SHM est une solution efficace à la réduction des coûts associés à la maintenance de structures. Une stratégie prometteuse parmi les technologies émergentes en SHM est fondée sur l’utilisation d’ondes ultrasonores guidées. Ces méthodes sont basées sur le fait que les structures minces agissent comme guides d’ondes pour les ondes ultrasonores. Puisque les structures aéronautiques sont majoritairement minces, les ondes guidées constituent une stratégie pertinente afin d’inspecter de grandes surfaces. Toutefois, les assemblages aéronautiques sont constitués de plusieurs éléments modifiant et compliquant la propagation des ondes guidées dans celles-ci. En effet, la présence de rivets, de raidisseurs, de joints ainsi que la variation de la nature des matériaux utilisés complexifie la propagation des ondes guidées. Pour envisager la mise en oeuvre de systèmes de détection basés sur les ondes guidées, une compréhension des interactions intervenant dans ces diverses structures est nécessaire. Un tel travail entre dans le cadre du projet de collaboration CRIAQ DPHM 501 dont l’objectif principal est de développer une banque de connaissances quant à la propagation d’ondes guidées dans les structures aéronautiques. Le travail de ce mémoire présente d’abord les résultats d’études paramétriques numériques obtenus dans le cadre de ce projet CRIAQ. Puis, afin de faciliter la caractérisation expérimentale de la propagation des ondes guidées, une seconde partie du travail a porté sur le développement d’un absorbant d’ondes guidées. Cet absorbant permet également d’envisager l’extension des régions observables par les systèmes SHM. Ce deuxième volet contribue donc également au projet CRIAQ par l’atténuation de réflexions non désirées dans l’étude menée sur les maintes structures aéronautiques nourrissant la banque de connaissances. La première partie de ce mémoire relève l’état des connaissances de la littérature sur la propagation d’ondes guidées dans les structures aéronautiques. La deuxième partie présente rapidement le formalisme derrière les ondes de Lamb ainsi que les différentes approches analytiques pour caractériser les interactions entre ondes guidées et discontinuités. Par la suite, les outils utilisés pour effectuer les simulations par éléments finis sont présentés et validés par le biais d’une phase expérimentale. La deuxième partie se termine avec la présentation des différentes structures et discontinuités étudiées dans le cadre du projet CRIAQ. Finalement, la troisième et dernière partie de ce mémoire présente les travaux numériques orientés vers la conception d’un absorbant idéal pour ondes guidées. Afin d’y parvenir, une étude paramétrique quant à la forme, les dimensions et les propriétés mécaniques de l’absorbant est entreprise. Enfin, une étude expérimentale permettant de valider les résultats numériques est présentée.

La présente thèse s'inscrit dans la suite des travaux sur les absorbants acoustiques hybrides actifs/passifs menés au Centre Acoustique du LMFA depuis une quinzaine d'années. Ces absorbants sont constitués de cellules couvertes par une mince couche de matériau poreux et équipées d'un système de contrôle actif permettant d'annuler la pression acoustique en face arrière du poreux. L'impédance de surface ainsi obtenue est purement réelle et donnée par la résistance du poreux utilisé. Le concept d'absorbant hybride renvoie au fonctionnement double des cellules puisque le contrôle actif est utilisé en basses fréquences uniquement,le système passif cavité-poreux assurant une absorption suffisante en plus hautes fréquences. Une application distincte a fait l'objet d'un grand nombre d'études, à savoir l'utilisation des cellules hybrides comme revêtement pour les parois de conduits, et plus particulièrement des entrées et des sorties d'air de nacelles de turboréacteurs. En effet, les absorbants passifs classiquement utilisés manquent de performance dans le domaine des basses fréquences. Or, le taux de dilution des nouveaux moteurs d'avions ne cesse de s'accroître,ce qui implique des soufflantes de plus en plus grandes, générant des émissions harmoniques en basses fréquences.Les objectifs de ce travail résultent de différents enjeux qui se présentent dans le cadre d'une telle application. Premièrement, l'impédance optimale en termes de réduction de bruit à réaliser en paroi d'un conduit est complexe et dépend de la fréquence. Un nouvel absorbant, dit absorbant hybride complexe, a été développé dans le but de produire de telles impédances. Un microphone supplémentaire en face avant du poreux permet alors d'estimer la vitesse à partir du gradient de pression et par conséquent l'impédance de surface de l'absorbant. Une couche protégeant le microphone en face avant de l'écoulement rasant est devenue nécessaire, et son effet sur l'impédance doit être prise en compte. Les mesures en Tube de Kundt montrent toutefois que des impédances optimales typiques (telle que l'impédance de Cremer) peuvent être obtenues. La bonne performance du nouvel absorbant est confirmée par mesure de la perte par transmission en absence d'écoulement ; elle est triplée par rapport à l'ancien absorbant hybride. Le champ complexe des impédances a ensuite été balayé expérimentalement à l'aide du nouvel absorbant, et ceci sans, ainsi qu'avec écoulement. La performance maximale est trouvée considérablement réduite en présence d'un écoulement,en contraste avec les calculs qui prédisent avant tout un décalage de l'optimum. L'étude des effets menant à la dégradation des performances constitue le deuxième axe de ce travail. Elle est menée à travers de mesures de Vélocimétrie Laser Doppler qui permettent de visualiser le champ acoustique en voisinage des différents absorbants hybrides. En effet, l'influence de l'absorbant hybride sur la veine est étendue sans écoulement et sa surface apparaît comme impédance uniforme. La présence de l'écoulement fait rétrécir cette zone au voisinage direct de chaque cellule.A ce jour, il n'est pas certain que la performance des absorbants hybrides puisse être considérablement améliorée en présence d'un écoulement rapide. Cependant, il y a des applications possibles a court terme du contrôle actif d'impédance, par exemple comme moyen expérimental. En effet, un contrôle plus flexible des conditions aux limites peut être utile pour une multitude d'expérimentations en acoustique.

L'objectif principale [i.e. principal] de ce travail était de proposer un matériau acoustique absorbant issu de recyclage et/ou recyclé pouvant être une alternative à la laine minérale encore très largement utilisée. Ce projet découlait initialement d'un besoin du Ministère des Transports du Québec (MTQ) qui souhaitait concevoir de nouveaux écrans acoustiques routiers selon les principes du développement durable définis par le gouvernement du Québec [1]. En d'autres termes, ce matériau devait être fait de matériaux recyclés et/ou recyclables, sa fabrication et sa récupération peu énergivores et ses distances de transports faibles; sous-entendant une fabrication locale [2]. Ainsi, dans cette étude nous avons clairement mis en évidence que les fibres de nylon recyclées, largement disponible [i.e. disponibles] au Québec, sont tout aussi efficaces voire supérieure [i.e. supérieures] à la traditionnelle laine minérale dont la fabrication est très énergivore et est difficilement recyclable [3-4]. Enfin un modèle simple prédictif basé sur la masse volumique de panneaux de fibres compactées a été proposé, validé et discuté.

Le but de cette thèse est de développer un absorbant acoustique à base de panic érigé, sur le principe du développement durable, dans le but de l'utiliser pour des applications acoustiques en intérieur et d'être une alternative à la laine de verre. Ainsi, les questions environnementales, économiques et sociétales sont à prendre en compte. Autrement dit, le produit devra être fabriqué localement avec des ressources renouvelables tout en minimisant le transport et l'énergie nécessaire pour son cycle de vie au complet. L'utilisation du panic érigé est une avenue dans la mesure où cette plante pousse sans apport particulier de l'homme et fournit une quantité de paille abondante (c.-à-d.. quatre fois plus que le blé). Son implantation permettrait de valoriser les terrains peu cultivables des agriculteurs. Une extension de la méthode des matrices de transfert a été proposée afin de simuler non plus des empilements de matériaux acoustiques en série (c.-à-d.. l'un derrière l'autre) mais en parallèle (c.-à-d.. l'un à côté de l'autre). Cette méthode permet, ainsi, de modéliser l'empilement de tiges de panic érigé dans une configuration dite ``longitudinale'' par rapport à la propagation sonore et de prédire la réponse de systèmes acoustiques assemblés en parallèle (p. ex. résonateurs quart d'onde) qui peuvent donner naissance à de potentiel concept en panic érigé. Ainsi, le projet se découpe en deux étapes majeures : la caractérisation acoustique de la plante et sa modélisation puis l'élaboration (c.-à-d.. modélisation, fabrication et optimisation) d'un concept acoustique à partir de cette plante.

Ces travaux de thèse consistent à formuler des nanocomposites électriquement conducteurs pour des applications micro-ondes. L’objectif principal est la mise en œuvre de matériaux absorbant les ondes radar, plus particulièrement sur la bande X (8-12 GHz). La polyaniline et les nanotubes de carbone, dispersés dans une matrice époxyde, ont été sélectionnés pour apporter les propriétés d’absorption aux fréquences visées. Différentes morphologies de polyaniline ont été synthétisées afin d’étudier leur influence sur les propriétés d’absorption des composites. L’utilisation d’une polyaniline à morphologie feuillet, présentant une forte anisotropie et un facteur de forme élevé, permet d’augmenter la conductivité et les pertes diélectriques des composites. De plus, leur association avec des nanotubes de carbone améliore significativement les propriétés d’absorption aux fréquences micro-ondes. Des écrans absorbants radar performants qui présentent des coefficients de réflexion inférieurs à -20 dB ont pu être modélisés et mis en œuvre, confirmant le potentiel de ces matériaux pour des applications de furtivité radar. / This thesis deals with the formulation of electrically conductive nanocomposites for microwave applications. The main purpose is to process radar-absorbent materials, more particularly at the X band. (8-12 GHz). Polyaniline and carbon nanotubes, dispersed in an epoxyde matrix, have been selected. Different morphologies of polyaniline have been synthesized to study its impact on the absorption properties of composites. Using flake-like polyaniline showing high anisotropy and aspect ratio increases conductivity and dielectric losses of composites. Moreover, its association with carbon nanotubes significantly improves the absorption properties at microwaves frequencies. Efficient radar absorbing screens, showing reflection losses lower than -20 dB, have been calculated and processed confirming the potential of these materials for stealth applications.

Les solitons de cavité (SC) sont des structures spatiales localisées que l'on peut générer dans une cavité optique non-linéaire. Ces structures se présentent sous la forme de pics lumineux de sur-intensité, "posées" sur un fond de lumière homogène. Depuis leur découverte, de nombreuses démonstrations de principe ont été réalisées, mettant en évidence leurs utilisations pour le traitement tout optique de l'information. Néanmoins, l'implémentation de dispositifs capables de générer des solitons de cavité dans le réseau télécom reste à l'heure actuelle improbable. Une simplification mais surtout une miniaturisation, qui passe par l'invention de nouveaux dispositifs, est un objectif majeur de la recherche sur les SC. L'objectif de cette thèse est de montrer qu'un système simple, miniaturisable, appelé Laser à solitons de cavité, permet d'obtenir ce type de structures spatiales localisées. Ce dispositif est obtenu en couplant mutuellement deux lasers de large section transverse. L'un des lasers joue le rôle d'un amplificateur alors que le second sert d'absorbant saturable fournissant le mécanisme de bistabilité. Les structures spatiales localisées obtenues sont indépendamment contrôlables à l'aide d'un faisceau dit d'écriture. La différence fondamentale entre les SCs obtenus avec un laser à SC et les SCs obtenus auparavant est due à la symétrie de phase du système laser. Cette symétrie de phase nous permet de générer des structures composites dont la phase entre les différents constituants n'est pas identique. Nous avons également observé des structures localisées circulaires possédant un défaut de phase en leur centre. Bien que prédit théoriquement, ce type de structure, appelé vortex optique localisé, n'avait jusqu'alors jamais été observé expérimentalement.

Le développement des réseaux d'accès multi-longueur d'onde à 10 Gb/s fait apparaître un besoin pour des composants achromatiques bas-coûts. L'utilisation d'un modulateur électro-absorbant intégré avec un amplificateur optique à semiconducteurs est une solution qui permet de répondre à la fois aux critères de débits, gain d'insertion, achromacité, athermalité et insensibilité à la polarisation. Le modulateur amplifié fonctionne dans un schéma réflectif et ne nécessite donc qu'une seule fibre optique.<br>L'épitaxie sélective en phase vapeur est utilisée afin d'intégrer monolithiquement le modulateur et l'amplificateur. La technique permet une variation spatiale et locale des épaisseurs des couches épitaxiéees au voisinage d'un masque diélectrique sélectif. Le<br>matériau définissant la zone active consiste en un empilement de puits quantiques à base de matériaux AlGaInAs. Les épaisseurs et les compositions définissant l'empilement sont déterminées afin d'obtenir l'insensibilité à la polarisation et d'appliquer un décalage<br>spectral entre le modulateur et l'amplificateur. Ce dernier point optimise le gain d'insertion du composant intégré puisque la position spectrale du pic de gain est décalée dans la zone de modulation. L'analyse et l'interprétation des spectres en réflexion du modulateur amplifié démontrent l'intérêt de ce décalage spectral. Le comportement dynamique à haut débit montre des pénalités négligeables sur la puissance reçue en fonction de la longueur d'onde et de la température. Les résultats obtenus illustrent l'intérêt du composant pour les réseaux d'accès passifs mais aussi pour d'autres applications à plus haut débit.

Afin de limiter les conséquences d'un accident grave avec la fusion du cœur dans un réacteur à neutrons rapides de génération IV refroidi au sodium, la recriticité doit être évitée au sein du mélange de combustible oxyde et de structures fondus, appelé corium. Pour cela, des matériaux absorbants, tels que le carbure de bore B4C, seront utilisés dans ou près du cœur, et des matériaux diluants dans le récupérateur de corium. L'objectif de ce travail est de présélectionner des matériaux parmi ces deux types de familles et de comprendre leur comportement au contact avec le corium. Concernant le B4C, des calculs thermodynamiques et des expériences ont permis de conclure à la formation de deux phases immiscibles dans le système UO2 - B4C à haute température, une oxyde et une borure, ainsi qu'à la volatilisation d'une partie de l'élément absorbant bore. Cette séparation de phases pourra réduire l'efficacité de l'absorption neutronique au sein de la phase oxyde. Une solution à ce comportement serait d'augmenter la quantité de B4C ou d'utiliser un absorbant oxyde miscible avec le combustible. Eu2O3 ou HfO2 pourraient convenir car il a été montré qu'ils forment une solution solide avec UO2. Concernant le matériau diluant, les oxydes mixtes Al2O3 - HfO2 et Al2O3 - Eu2O3 ont été étudiés. L'interaction de ces systèmes avec UO2 étant inconnue à ce jour, les premiers points ont été recherchés sur les diagrammes ternaires correspondants. Contrairement au système Al2O3 - Eu2O3 - UO2, le mélange Al2O3 - HfO2 - UO2 présente un seul eutectique et donc un seul chemin de solidification ce qui permet de prévoir plus facilement la manière dont le corium solidifierait dans le récupérateur.

Excitabilité et structures localisées sont des phénomènes universels qui ont été observés dans une grande variété de systèmes. Chacun des deux phénomènes a des propriétés intéressante pour des applications potentielles, surtout dans l'optique. L'excitabilité est la propriété intrinsèque du neurone, elle décrit sa réponse à une stimulation: pour des stimulations en-dessous d'un certain seuil, le neurone reste dans son état de repos mais quand la stimulation dépasse ce seuil, il émet une impulsion dont la taille ne dépend pas de la force de la stimulation. Les structures localisées dans les systèmes optiques sont des pics de surintensité qui coexistent avec un fond homogène sur la section transversale spatialement étendue d'une cavité laser. Dans cette thèse nous avons étudié l'apparition de ces deux phénomènes non-linéaires dans des microcavités à semi-conducteur, pour lesquelles les applications dans le traitement tout-optique de l'information sont prometteuse. En outre, nous avons étudié la possibilité de trouver un nouveau phénomène à l'intersection entre les deux: les structures localisées excitables. D'une part nous avons étudié les propriétés des structures localisées qui se forment dans un laser à solitons. Celui-ci est constitué par deux laser à semiconducteur à cavité verticale (VCSEL) mutuellement couplées dans une configuration de laser avec absorbant saturable (LSA). Nous observons l'émissions aléatoire et localisée d'impulsions que nous affirmons être la première évidence expérimentale de structures localisées excitables. D'autre part nous avons démontré le comportement excitable d'un laser avec signal injecté par la possibilité de contrôler les impulsions excitable grâce à une perturbation externe appropriée. Nous avons également réalisé des simulations numériques qui montrent l'existence des structures localisées excitables dans un modèle de VCSEL avec absorbant saturable.