La pénétration d'un projectile - éventuellement balistique - à grande vitesse/haute énergie, et l'occurrence d'un coup de bélier dans un réservoir, représentent une éventualité qu'il est souvent légitime, sinon toujours nécessaire, de considérer en sécurité aéronautique. Pour se protéger d'une telle éventualité, le durcissement structural à l'impact via l'intégration de blindages est une solution ultime, qui n'est - dans l'aéronautique - que rarement acceptable pour des raisons évidentes de pénalité de masse. La réduction de la vulnérabilité devient alors indissociable d'un exercice délicat d'optimisation de la résistance de la structure au regard de sa masse, ce qui nécessite donc de modéliser précisément l'occurrence d'un tel coup de bélier, sa sévérité et ses conséquences sur la structure. Ceci est d'autant plus vrai et difficile qu'on s'intéresse - depuis plusieurs décennies déjà en aéronautique - à des structures composites à renfort de fibres de carbone, qu'on sait être particulièrement fragiles aux chocs, et à des projectiles balistiques réels différant notablement de projectiles sphériques rigides, académiques. Les situations étudiées depuis les années 1980 à l'ONERA-Lille concernent en effet des impacts de balles ou d'éclats réels (simples ou multiples : gerbes) perforants et subsoniques p/r à la célérité des ondes dans le liquide. Pour résumer la problématique traitée dans ce mémoire : après pénétration du réservoir, l'éclat ou la munition animée d'une vitesse proche d'un km/s est brutalement freiné(e) par le liquide contenu dans la structure. La force de traînée qui lui est opposée par le fluide varie violemment en fonction de l'évolution du profil traînant du projectile, en particulier lorsqu'il est déstabilisé et se retourne dans le fluide. Cette énergie cinétique est brutalement transférée au liquide, et il y a création d'un choc hydrodynamique puis d'une cavité (on est en présence d'un mélange fluide multiphasique air, vapeur, liquide) dans le sillage du projectile. Après une première onde de choc hydrodynamique potentiellement destructrice, l'expansion à peine plus lente de la cavité dans le liquide (quasiment incompressible) peut se traduire par des déformations non négligeables de la structure pouvant aboutir à des ruptures catastrophiques des matériaux ou des assemblages structuraux, le coup de grâce étant éventuellement porté lors de l'effondrement final de la cavité. Le mémoire présenté à l'occasion de cette candidature à l'obtention d'une Habilitation à Diriger des Recherches retrace l'ensemble des travaux de recherche que j'ai été amené à réaliser et surtout à encadrer depuis le début des années 1990 concernant cette problématique de la modélisation des matériaux et structures composites soumis à des sollicitations de type chocs hydrodynamiques, en particulier sur les sujets de la caractérisation et de la modélisation, d'une part, du comportement et de la rupture dynamique des matériaux composites à matrice organique et, d'autre part, des interactions fluide/structures et des chocs hydrodynamiques consécutifs aux impacts balistiques dans des réservoirs aéronautiques.

Ce travail s'inscrit dans la recherche de traitements acoustiques passifs de conception nouvelle, permettant une réduction accrue des nuisances sonores des réacteurs d'avions (traitements acoustiques de paroi) ou des moteurs thermiques automobiles (silencieux) par exemple. La première partie du mémoire présente l'étude du comportement des matériaux poreux dans les champs acoustiques intenses, lorsque le squelette poreux peut être considéré comme rigide. Deux dispositifs expérimentaux ont été mis au point. Le premier permet la mesure de la résistance au passage de l'air. en fonction du nombre de Reynolds d'un écoulement à travers un échantillon (Loi de Darcy non linéaire). Deux comportements non linéaires distincts ainsi qu'un nombre de Reynolds critique sont mis en évidence expérimentalement pour chaque échantillon. Le second dispositif permet la mesure des coefficients de réflexion et de transmission acoustiques des mêmes échantillons, insérés dans un conduit, en fonction de la fréquence (80-800 Hz) et du niveau acoustique incident sur le matériau (110-150 dB ref. 2.10-5 Pa). Un modèle non linéaire semi-empirique est proposé, permettant de reproduire fidèlement les coefficients de transmission et de réflexion acoustiques obtenus expérimentalement. La seconde partie étudie un traitement acoustique de paroi réactif, à réaction non locale. En aéronautique, le principe utilisé pour réduire le bruit émis par un racleur consiste à. Disposer sur les parois des tuyères, un grand nombre de résonateurs de Helmholtz. En pratiquant des trous dans les parois latérales, les champs acoustiques dans chaque résonateur peuvent être couplés. Les résonateurs constituent alors un traitement acoustique à réaction non locale, non modélisable par une impédance de paroi. Une modélisation analytique est présentée pour un guide d'onde de grande section ainsi traité en paroi par des résonateurs de Helmholtz couplés. Dans un second temps, en utilisant le formalisme des milieux périodiques (modèle discrétisé), une expression analytique des solutions l'équation de dispersion (milieu de longueur infinie), et de la perte par insertion (longueur finie) est présentée dans le cas de deux modes plans couplés, dans un réseau périodique de deux guides d'ondes inhomogènes. Ces résultats sont illustrés dans le cas particulier d'un silencieux automobile à tube perforé classique, dans lequel on ajoute des diaphragmes. Ce travail met en évidence, du point de vue de l'atténuation acoustique d'un réseau de longueur finie, l'intérêt des bandes de fréquences où deux modes de réseau sont propagatifs.