Knowledge of the indoor propagation of sound has many important applications including acoustic prediction in homes, office buildings, stores, and schools, and the design of concert halls, auditoriums, classrooms, and factories. At low frequencies, interior acoustics are analyzed with the wave equation, but significant computational expense imposes an upper frequency limit. Thus, energy methods are often sought for high frequency analysis. However, conventional energy methods are significantly limited by vast simplifications or computational costs. Therefore, new improvements are still being sought. The basis of this dissertation is a recently developed mathematical model for interior acoustics known as the acoustic diffusion model. The model extends statistical methods in high frequency acoustics to predict the spatial distribution of acoustic energy in the volume over time as a diffusion process. Previously, solutions to the acoustic diffusion model have been limited to one dimensional (1-D) analytical solutions and to the use of the finite element method (FEM). This dissertation focuses on a new, efficient method for solving the acoustic diffusion model based on a boundary element method (BEM) solution using the Laplace transform. First, a Laplace domain solution to the diffusion model is obtained using the BEM. Then, a numerical inverse Laplace transform is used to efficiently compute the time domain response. The diffusion boundary element-Laplace transform solution (BE-LTS) is validated through comparisons with Sabine theory, ray tracing, and a diffusion FEM solution. All methods demonstrate excellent agreement for three increasingly complex acoustic volumes and the computational efficiency of the BE-LTS is exposed. Structural coupling is then incorporated in the diffusion BE-LTS using two methods. First, a simple transmission coefficient separating two acoustic volumes is implemented. Second, a structural power flow model represents the coupling partition separating acoustic volumes. The validation of these methods is successfully performed in an example through comparisons with statistical theory, a diffusion FEM solution, ray tracing, and experimental data. Finally, the diffusion model and the BE-LTS are shown to possess capabilities beyond that of room acoustics. The acoustic transmission through a heat exchanger, acoustic foam, and mufflers is successfully modeled using the diffusion BE-LTS and compared to experimental data. / Ph. D.

L’étude de la diffusion acoustique pour des objets sphériques et de forme LINE (cylindre terminé à chacune de ses extrémités par une calotte hémisphérique) pleins et immergés dans l’eau en configuration bistatique est l’objet de ce mémoire. Une attention particulière est portée à la diffusion vers l’avant par ces objets. L’analyse en configuration bistatique est effectuée dans un premier temps pour un objet sphérique pour lequel une théorie analytique a déjà été développée. Les tracés des diagrammes angulaires expérimentaux et théoriques (à plusieurs fréquences données) montrent l’existence d’un lobe de forte amplitude localisé en zone d’ombre. Une analyse temporelle est menée, pour la sphère pleine, précisément dans la zone d’ombre où deux échos majeurs, révélateurs d’au moins deux types d’ondes, sont isolés. Les ondes principalement responsables de ces échos sont ensuite identifiées, en comparant les résultats expérimentaux obtenus et les calculs théoriques, comme étant d’une part une onde de Franz F0, et d’autre part une onde de Galerie à échos l=2. Leurs vitesses de propagation sur le solide sont calculées par le biais des seules données expérimentales. En considérant une LINE pleine excitée axialement, sur sa partie sphérique, il est intéressant de noter que les mécanismes physiques à l’origine de la génération des ondes sont les mêmes que pour une sphère pleine. Il est donc possible de retrouver dans le cas de la LINE pleine excitée axialement les mêmes types d’ondes se propageant que pour la sphère pleine. D’autres ondes sont ensuite identifiées (principalement dues à des réflexions parasites et à la discontinuité cylindre/hémisphère de la LINE). Enfin, la caractérisation de la LINE à l’aide d’un modèle numérique en tant que cible acoustique est effectuée, d’une part avec le critère d’index de cible, et d’autre part avec un critère Rsn. Ce dernier critère nous permet notamment de mesurer les contributions résonantes de l’objet et d’établir une cartographie des contributions résonantes. / Forward acoustic scattering for solid spherical and LINE (limited cylinder bounded by hemispherical endcaps) objects immersed in water in bistatic configuration is the topic of this study. First, bistatic configuration analysis is carried out for a spherical object whose analytical theory has already been developped. Experimental and theoretical angular diagrams show, for differents frequencies, a peak of strong amplitude located in the shadow area. After the temporal analysis for a solid sphere in the shadow area, two important echoes revealing at least two different kind of waves are isolated. Then, the waves mainly responsible for these echoes are then identified comparing experimental results and theretical calculations. These are the Franz wave F0 and the whispering gallery wave l=2. Their propagation velocities on the object are calculated experimentally. Considering a solid LINE excited axially, on its spherical part, it is interesting to note that the physical mechanisms responsible for the wave generation are the same than for a solid sphere. It is then possible to find for a axially excited solid LINE the same kind of waves than for a solid sphere. Others waves are then identified (mainly caused by parasite difraction and by the cylinder/hemispherical discontinuity of the LINE). At last, the caracterization of the LINE as an acoustic target by the mean of a numerical simulation is performed, first with the target strenght standard, and then with the Rsn criterion. This last number allow us to assess the resonating contributions of the object and then to establish a map of resonance contributions.