L'optoacoustique picoseconde est une technique qui permet de sonder la matière à l'échelle submicronique. L'objectif de ce travail est la synthèse d'ondes de cisaillement de fréquences GHz dans des couches minces isotropes pour l'analyse des propriétés transverses de la matière. C'est grâce à la diffraction du champ acoustique à l'intérieur du transducteur que ces ondes de cisaillement sont synthétisées. Nous exposons dans une première partie le développement des outils théoriques nécessaires à l'analyse de la répartition spatiale du champ acoustique généré lors de l'interaction laser-matière. Les diagrammes de directivité ainsi établis permettent de prévoir les directions de rayonnement privilégiées. Par une méthode de post traitement adaptée,nous synthétisons ensuite des ondes transverses dans ces directions particulières. Lorsque le transducteur est chargé par un milieu dont on cherche à connaître les propriétés transverses, les ondes de cisaillement synthétisées sont réfléchies à l'interface entre le transducteur et ce milieu. L'analyse du coefficient de réflexion permet alors de déterminer les propriétés mécaniques du milieu à sonder. Nous illustrons cette méthode numériquement et expérimentalement dans le cas d'une interface titane/glycérol. / Picosecond optoacoustics is a technique that can probe properties of matter on a submicronscale. The aim of this work is to synthesize shear waves at GHz frequencies in a thin isotropiclayer in order to analyse its shear properties. Transverse waves are synthesized using diffraction.In the first part we develop theoretical tools in order to analyse the spatial repartition of theacoustic field generated by the laser-matter interaction. Directivity patterns predict the particulardirections for which amplitude of the shear waves is higher. Thus, we synthesized shearwaves in these particular directions using a dedicated post processing method. To investigateshear properties of a film lying on the sample, we study the reection of shear waves betweenthe transducer and the lying film. Starting with either simulated or experimental recordedwaveforms, we demonstrate the method in the specific case of the titanium/glycerol interface.

L'évaluation de la stabilité des falaises est complexe, du fait de l'incertitude des mécanismes de rupture et de la méconnaissance de l'état de fracturation interne du massif. Les méthodes géophysiques permettent d'obtenir de l'information sur la structure interne du massif. Le radar géologique a montré son efficacité pour détecter et caractériser les fractures. Plusieurs profils radar (réflexion, transmission, CMP) sont testés sur deux falaises verticales calcaires proches de Grenoble. La combinaison de profils verticaux et horizontaux permet de mieux contraindre la géométrie 3D du réseau de fractures. Les analyses de vitesses radar, déduites des acquisitions CMP, permettent de caractériser directement les larges fractures ouverture en profondeur. La tomographie radar fournit une image 2D de l'intérieur du massif, mais avec une trop faible résolution. Dans une gamme de fréquences donnée, la détection de fractures par le radar va dépendre de l'ouverture et du remplissage, qui contrôlent le coefficient de réflexion. Une stratégie de caractérisation des fractures est proposée en utilisant la sensibilité fréquentielle de la réflectivité. L'inversion des coefficients de réflexion radar, basée sur un algorithme de voisinage, permet de retrouver les paramètres caractéristiques des fractures modélisées. La méthode du rapport spectral entre un signal réfléchi (mesuré) et un signal de référence (connu), permet de calculer facilement le coefficient de réflexion. Une étude numérique 2D (FDTD) est menée pour le choix du signal de référence. L'inversion des coefficients de réflexion radar synthétiques est testée pour une configuration de fracture ouverte rencontrée sur le terrain.

L'étude expérimentale de la propagation et du rayonnement multimodal en guide large est abordée via des mesures par antennerie microphonique de la réflexion des modes pour différentes extrémités. Le banc expérimental est constitué d'un guide large fermé à une extrémité et débouchant sur différentes terminaisons à l'autre extrémité ; en paroi du guide sont branchées une source acoustique et deux antennes microphoniques. Chaque composant du banc est étudié pour améliorer les résultats de mesure. Une méthode de vérification des performances des haut-parleurs constituant la source et une méthode de pilotage de la source acoustique sont proposées pour favoriser la génération des différents modes de propagation de l'onde. Une méthode de calibration in-situ pour l'antenne est développée pour les différents modes. Un calcul des incertitudes pour l'estimation du coefficient de réflexion est proposé.Enfin les mesures sont effectuées pour différentes extrémités de guide : avec une bride, sans épaisseur, avec un écran infini. Le principe de la méthode de mesure de la réflexion des différents modes consiste à appliquer la méthode du doublet microphonique adaptée aux signaux issus de la décomposition modale obtenue au moyen de deux antennes de microphones. Les résultats de mesure pour le mode plan sont avantageusement comparés aux résultats théoriques issus de la littérature. Les résultats pour les premiers modes supérieurs montrent l'aptitude du système à extraire le coefficient de réflexion en module et en phase suffisamment précisément pour distinguer l'effet de la condition de rayonnement. / The experimental study of multimodal propagation and radiation in a wide guide is proposed via measurements of the reflection of modes for different terminations by using microphone arrays. The experimental bench consists of a wide guide closed at one end and ended with different terminations at the other end; an acoustic source and two microphone arrays are flush-mounted to the wall of the guide. Each component of the bench is first studied to improve the measurement results. A method of verifying the performance of the loudspeakers constituting the acoustic source and a method of controlling the acoustic source are proposed in order to facilitate the generation of the different modes of propagation of the wave. An in-situ calibration method for the microphone array is developed for the different modes. A calculation of the uncertainties for the estimation of the reflection coefficient is proposed.Then, measurements are performed for different guide terminations: with a finite flange, without flange, and with an infinite flange. The measurement of the reflection for the different modes consists of applying the method of two microphones to the signals from the modal decomposition obtained by means of two microphone arrays. Results of measurements for the plane mode are satisfactorily compared with theoretical results from the literature. Results for the first higher modes show the ability of the system to extract the reflection coefficient in modulus and in phase with sufficient precision to distinguish the effect of the radiation condition.

L'amortissement des vibrations de structure joue un rôle important dans de nombreuses applications industrielles. Les méthodes classiques de réduction de vibration par ajout de revêtement viscoélastique donnent généralement lieu à une augmentation de masse importante, ce qui peut être rédhibitoire dans l'industrie des transports pour des raisons écologiques ou économiques. L'effet Trou Noir Acoustique (TN) est une méthode passive permettant d'obtenir un amortissement de la structure sans augmenter sa masse: les ondes de flexion se propageant dans une extrémité de plaque profilée avec une loi de puissance sont efficacement dissipées si l'on place un film amortissant dans la zone terminale.Une étude préliminaire de nature expérimentale confirme le potentiel du TN comme stratégie d'amortissement: une analyse modale montre que le TN augmente significativement le facteur de recouvrement modal (MOF) de la poutre, et réduit donc son caractère résonant. Une analyse basée sur une approche ondulatoire montre que le coefficient de réflexion de l'extrémité TN présente de faibles valeurs. Un modèle numérique 2D d'une poutre, développé pour analyser le comportement de la terminaison, montre que l'augmentation du MOF peut-être expliquée par une augmentation de la densité modale et par un fort amortissement des modes de la structure, causé par une localisation de l'énergie dans la région profilée. La poutre TN possède des modes locaux bi-dimensionnels, et un modèle de guide de la terminaison TN incluant des imperfections, qui ne peuvent être évitées en pratique, montre que l'énergie incidente est diffusée sur de nombreux modes locaux. Les imperfections du TN améliorent ses performances. / Vibration damping of mechanical structures plays an important role in the design of many industrial systems. Classical methods for reducing vibrations using viscoelastic layers glued to the structure usually result in added mass on the treated structure, which may be prohibitive in the transportation industry for ecological and economical reasons. The "Acoustic Black Hole" (ABH) effect is a lightweight passive vibration technique: the flexural waves propagating in a beam extremity tapered with a power law profile are efficiently dissipated if an absorbing layer is placed where the thickness is minimum.A preliminary study experimentally confirms the potential of ABH as an efficient strategy for vibration damping: a modal analysis shows that the ABH significantly increases the Modal Overlap Factor (MOF) of the beam, thus reducing the resonant behaviour of the structure. An analysis based on a wave approach clearly shows that the reflection coefficient of an ABH termination has small values. Further investigations, including a two dimensional numerical model of the structure developed in order to understand its behaviour, show that the increase of MOF can be explained partly by an increase of the modal density and mostly by a high damping of a number of modes of the structure due to energy localisation in the tapered region. It is shown that the ABH beam possesses two-dimensional local modes. A waveguide model of an ABH termination with tip imperfection, which cannot be avoided in practice, shows that incident energy is scattered on local modes and that imperfections enhance the damping effect.

L'essor des communications par satellites et des nouvelles technologies de l'information et de la communication conduisent à une demande croissante de la part des utilisateurs. Ainsi, afin de répondre à ces nouveaux besoins, des services proposant de la connectivité en vol pour les passagers des compagnies aériennes voient le jour. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la réalisation de modèles numériques rigoureux de grands réseaux d'antennes destinés à couvrir ce champ applicatif. Après une mise en contexte et un rappel des contraintes liées aux réseaux d'antennes, des véhicules de test numériques et expérimentaux, permettant de valider les méthodologies de modélisation, sont réalisés. La modélisation d'un grand panneau rayonnant à bipolarisation circulaire et acceptant d'importants angles de dépointage est enfin abordée. Cette étude permet alors de statuer sur les performances du panneau, en fonction des consignes de pointage et des dispersions éventuelles des chaînes actives. / The rapid expansion of satellite communications and information and communications technology led to an increasing demand from end-users. Hence, services offering In-Flight Connectivity for airlines passengers are emerging. This work is focused on the implementation of accurate numerical models of large antenna arrays meant for this scope. After having put things into context and recalled issues linked to antenna arrays, numerical and experimental test vehicles are made, allowing to validate the modelling methodologies. Finally, the modelling of a large, dual circular polarization and wide-angle scanning radiating panel is addressed. This study then allows to estimate the performance of the panel function of steering requirements and possible dispersions from the active channels.

La réalisation de fonctions de filtrage complexes nécessite une parfaite maîtrise du processus de dépôt ainsi qu’un contrôle précis et en temps réel de l’épaisseur optique des couches déposées. Au cours de ma thèse, consacrée au développement de nouvelles modalités de contrôle optique in situ, je me suis particulièrement intéressé à deux sujets différents, à savoir : - D’une part, la détermination de la dépendance spectrale des constantes optiques (indice de réfraction et coefficient d’extinction) de matériaux diélectriques. Un moyen possible pour effectuer cette détermination consiste à utiliser un système de contrôle optique large bande afin d’enregistrer les spectres de transmission de l’empilement au fur et à mesure de sa formation. En effet, l’évolution temporelle, à chaque longueur d’onde, de ces spectres de transmission contient des informations quantitatives liées aux constantes optiques que nous souhaitons déterminer. - D’autre part, la mesure en temps réel du coefficient de réflexion (r) d’un empilement, en amplitude et en phase, lors de son dépôt. En effet, les méthodes de contrôles optiques en intensité présentent des limitations que la connaissance de l’information de phase devrait permettre de contourner. Cette mesure est réalisée par interférométrie holographique digitale à faible cohérence sur un substrat éclairé par sa face arrière et dont la face avant est équipée d’un masque annulaire. Ceci donne accès aux information de phase et d’amplitude recherchées tout en s’affranchissant des vibrations générées par le fonctionnement de la machine de dépôt ainsi que du mouvement de rotation à 120 tours par minute qu’effectue le porte-substrat. / The realization of complex filtering functions requires a perfect mastering of the deposition process as well as an accurate real time monitoring of the optical thickness of the deposited layers. During my PhD thesis, devoted to the development of new methods of in situ optical monitoring, I was particularly interested in two different subjects, namely:- On the one hand, the determination of the spectral dependence of optical constants (refractive index and extinction coefficient) of dielectric materials. A possible way to achieve this determination consist in using a broadband optical monitoring system in order to record the transmission spectra, in real time, of the stack during its formation. Indeed, the temporal evolution, at each wavelength, of these transmission spectra provide quantitative information related to the optical constants that we wish to determine.- On the other hand, the real time measurement of the reflection coefficient (r) of a stack, in amplitude and phase, during its deposition. Indeed, the optical monitoring methods based on intensity proprieties present some limitations that the knowledge of phase information should overcome. This measurement is performed by low coherence digital holographic interferometry on a substrate illuminated by its rear face and whose front face is equipped with an annular mask. This gives access to desired phase and amplitude information while avoiding the parasitic influence of the substrate motions induced by the vibrations of the deposition machine, and the rotation of the substrate holder at 120 rounds per minute.

La migration quantitative par Rais+Born interprète la forme d'onde des phases réfléchies pour imager et quantifier les contrastes sismiques qui en sont à l'origine. Mais la non linéarité des phénomènes de réflexion dans les conditions expérimentales atypiques de la tomographie du Vésuve battent en breche la modélisation par points diffractants. Nous proposons donc une inversion basée sur le concept de surface réfléchissante, qui tolère les grands angles d'incidence, les forts contrastes de vitesse, et tient compte implicitement du signal source inconnu. Le principe est d'extraire des données les variations relatives du coefficient de réflexion avec l'angle d'incidence, puis de les interpréter en termes de contraste de vitesse. Appliquer cette technique à un réflecteur à moyenne profondeur sous le Vésuve implique d'en déterminer d'abord la géométrie 2D, par migration cinématique des données à disposition (campagne de sismique active Mareves) : il apparait horizontal, à 8 Km de profondeur, s'étend sur plus de 35 Km, et génère de fortes phases converties PS, dont la nature est confirmée par des tests synthétiques. Leur migration s'avère peu influencée par les imperfections du modèle de vitesse, et échantillone densément une zone très restreinte de l'interface. Aussi, l'analyse quantitative est-elle basée sur ces phases: La comparaison de leur amplitude à celle de la première arrivée permet, en ne modélisant ni le signal source, ni les effets de propagation locaux aux récepteurs, de contraindre les propriétés du milieu sous-jacent: Les vitesses sismiques y semblent très basses (Vs < 1 Km/s).

Plusieurs industries manipulent des substances liquides et gazeuses qui circulent souvent dans de longues canalisations. La technique d'ondes guidées est couramment utilisée dans ce domaine. Cette technique est en progrès continu. Dans cette thèse, un système d'inspection a été conçu et développé. Il est basé sur des transducteurs piézoélectriques qui génèrent des ondes guidées de torsion pouvant se propager le long du tube testé. Les signaux réfléchis des défauts et singularités rencontrés sont détectés aussi par des capteurs piézoélectriques. Des simulations numériques utilisantpar la méthode d'éléments finis standard et la méthode Wave Finite Element(WFEM) ont été effectuées afin de vérifier et de visualiser le phénomène de propagation des ondes dans des tubes intacts et endommagés. Un ensemble de tests a été mis en place sur des tubes droits et courbés avec deux matériaux différents: PVC et acier. L'interaction entre les ondes générées et les défauts usinés a été prouvée.Les résultats numériques et expérimentaux confirment certaines caractéristiques spécifiques concernant le coefficient de réflexion de l'onde. Par la suite, un pipeline industriel d'environ soixante mètres de long et contenant plusieurs défauts et singularités a été testé par le système d'inspection. Les signaux enregistrés ont soumis certains traitements numériques afin de les rendre exploitables. Les signaux traités sont analysés afin d'identifier et de distinguer les réflexions des défauts de celles des singularités structurés. La méthode WFEM a été employée pour construire une base de données numérique des coefficients de réflexion en variant la profondeur et les extensions axiale et circonférentielle du défaut modélisé. Le calcul a été établi en fonction de la fréquence. La corrélation des tailles des défauts est effectuée en balayant la base de données numérique pour trouver la combinaison appropriée de dimensions pour un défaut donné. Les réflexions à partir des singularités structurées (coudes, blocs de béton, colliers, et les soudures) sont traitées ainsi en comparant des coefficients de réflexion obtenus par WFEM à ceux évalués expérimentalement. Enfin, on a étudié numériquement l'effet de la position angulaire d'un défaut sur les coefficients de réflexion et de transmission tout en excitant à différents types d'ondes. La méthode WFE est aussi utilisée pour effectuer le calcul. Cette étude donne un guide à la localisation circonférentielle des défauts dans les tubes. / Long pipelines are widely used in several industries transporting liquid or gas. The guided wave technique is commonly used in this field and it is under continuing progress. In this thesis, an inspection system has been designed and developed. Piezoelectric transducers are employed to generate torsional guided waves that could propagate along the tested pipe; and receive reflected signals from encountered features and damages. Numerical simulations using standard FE and Wave Finite Element methods have been carried out in order to verify and visualize the wave propagation phenomenon in both intact and damaged pipes. A set of tests has been performed on straight and curved pipes with two different materials: PVC and steel. The interaction between generated waves and machined defects has been proven. Numerical and experimental results confirm some specific features in the wave reflection coefficient. Thereafter, an industrial pipeline of about sixty meters long and containing several features has been tested by the inspection system.Recorded signals had submitted some numerical treatments in order to make them interpretable. Processed signals are analyzed to identify defects reflections from structured singularities echoes. The Wave Finite Element Method (WFEM) has been used to construct a numerical database of reflection coefficients from modelled defects by varying thickness, axial and circumferential extents. Calculation was made depending on frequency. The approximation of defect sizes is carried out by sweeping the numerical database to find the suitable combination of dimensions fora given defect. Reflections from structural singularities (elbows, concrete blocks,clamps, and welds) are treated as well by comparing reflection coefficients obtained by WFEM to those evaluated experimentally. Finally, a numerical investigation deals with the effect of defect angular-position on reflection and transmission coefficients while exciting by different types of waves. The spectral method Wave Finite Element has been used to carry out calculation. This study gives guidance to circumferential localization of defects in pipes.

Un développement technologique rapide dans le domaine de télécommunication, qu'il s'agisse de la téléphonie mobile, des réseaux sans fils, de la télévision par satellites, ou des applications radar (civiles ou militaires)...etc. est observé. Cet essor considérable a engendré d'énormes besoins et entraîne une évolution technologique majeure au niveau des antennes. Ces dernières doivent faire face aux différentes exigences, à savoir l'augmentation du gain, l'élargissement de la bande passante… et aux différents problèmes existant, à savoir le coût, l’encombrement…etc. Notre objectif est donc de concevoir des topologies d’antennes simples, à faible encombrement et à gain relativement élevé avec un fonctionnement multibande et/ou ultra large bande. Pour cela nous nous sommes orientés vers des antennes à résonateur diélectrique (ARD) dans les bandes UHF et SHF. Récemment, elles ont fait l’objet de plusieurs recherches et ont acquis un grand intérêt du monde académique et industriel. Les ARDs, par leurs simples et diverses géométries, peuvent être alimentées par différentes usuelles techniques. En outre, leurs tailles peuvent être plus petites que leurs homologues à savoir les antennes imprimées. Une première partie de ce travail s’est concentré sur l’étude des ARDs de forme cylindrique, puis une validation de l’outil de simulation par comparaison avec la mesure. En vue d’une utilisation multistandards, d’un élargissement des bandes de fonctionnement ou d’une modification de la fréquence, une seconde partie a été consacrée à l’étude de nouvelles topologies de résonateurs basées sur un empilement vertical et radial de deux cylindres, une topologie en multicouche et en anneau. Les résultats obtenus trouvent leurs applications dans le GSM900-DSC1800, UMTS, WIFI… / A fast technological development in the telecommunications domain, as mobile telephony, wireless networks, TV over Satellite, Radar Applications (civil or military)…etc, is observed. This considerable growth has led to enormous needs and caused a major technological evolution in antennas. These have to face different needs such as gain improvement, bandwidth enlargement, and different existing problems, such as cost and overcrowding…etc. Though, our goal is to design antenna topologies that are simple, having Low overcrowding and relatively with high gain operating in multiband and/or ultra large. To achieve this we headed to Dielectric Resonator Antennas (DRA) in UHF and SHF bands. Recently they have been the subject of several studies and have gained great interest from both academic and industrial sectors. Due to their diverse and simple geometries, they can be fed with different usual techniques. Furthermore, they can be smaller than patch antennas. The first part of this work has focused on the study of cylindrical DRAs, and then a validation of the simulating tool has been done after comparison with measurement results. For a multi-standard utilization, enlargement antennas’ operating bands, to have bi-band behaviour, get a modification of the resonant frequency and also a reduction of the overcrowding, the second part is dedicated to the study of new resonator topologies based on a vertical and radial stack of two cylinders, and then a multilayer and ring topologies. The obtained results found their applications in GSM900-DCS1800-UMTS-WiFi…

Les matériaux absorbants des ondes électromagnétiques sont des éléments importants pour l'évaluation de nombreux systèmes électroniques militaires mais également civils. Ces matériaux sont utilisés, par exemple, pour la réduction des interférences électromagnétiques (EMI) dans divers composants sans fils, la réduction de la surface équivalente radar (SER) ou comme absorbants à l'intérieur des chambres de mesures. C’est cette dernière application qui est visée par les travaux de cette thèse. L’objectif de mes travaux de thèse est d’optimiser des matériaux absorbants utilisés dans les chambres anéchoïques. La géométrie et la composition du matériau absorbant sont les deux paramètres qui influencent la capacité d’absorption de l’onde électromagnétique par un matériau. Ce seront donc les deux pistes d’optimisation explorés durant cette thèse. Notre but est d’obtenir les absorbants présentant les plus faibles coefficients de réflexion et de transmission, soit une absorption élevée, ceci dans une large bande de fréquence. / The electromagnetic absorber materials are important elements for evaluating various electronic and civil systems. These materials are used, for example, for minimizing electromagnetic interferences (EMI) in different wireless components, for minimizing the radar cross section (RCS) or for usage in anechoic chambers. The latter application is the targeted work in this thesis. The objective of this work is to optimize the absorber materials used in anechoic chambers. The geometry and the material composition are the two parameters that influence the absorption of the electromagnetic wave inside the material itself. This are the two topics of optimization explored in this thesis. Our objective is to obtain material absorbers that have low reflection and transmission coefficients and high absorption in a large frequency band.