Dans le cadre du contrôle non destructif, l'étude de la propagation d'ondes dans des guides rugueux ouvre la voie à diverses applications, telles la caractérisation de l'état de surface d'un matériau ou de la qualité d'un collage dans une structure assemblée, la détection d'effets de corrosion ou d'imperfections d'usinages, ... Dans ce contexte, l'étude menée au cours de cette thèse porte sur l'analyse des effets de rugosité de frontières de guides d'ondes fluides ou solides sur la propagation des ondes acoustiques, en vue, en pratique, de caractériser cette rugosité. Le processus de diffusion sur des rugosités de parois se traduit par des couplages modaux, transferts d'énergie entre modes créés ou non par des sources, modes propres pour ondes de pression en fluides ou pour ondes SH en solides, modes de Lamb en guides solides. Qu'il s'agisse de champs à caractère scalaire (en fluide ou ondes SH en solide) ou vectoriel (ondes de Lamb), un modèle nouveau, qui repose sur une formulation intégrale des équations scalaires de propagation, est mis en œuvre, modèle dans lequel le choix des fonctions de Green joue un rôle prépondérant. Les relations entre champs acoustiques (de pression ou élastiques) et profils de rugosité ont été étudiées pour tous types de rugosité, mais plus particulièrement pour des rugosités périodiques qui permettent des analyses plus avancées. La relation entre les densités spectrales de puissance (DSP) des profils de rugosité et les coefficients de réflexion et de transmission en énergie des modes guidés est établie ; certains résultats obtenus ont été comparés à ceux d'expériences réalisées à cet effet.

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.

Les microphones capacitifs sont des transducteurs réciproques dont les qualités (sensibilité, bande passante et tenue dans le temps) en font des instruments de mesure performants. Couramment utilisés jusqu'à présent en récepteurs dans l'air à pression atmosphérique et à température ambiante, dans la gamme de fréquences audibles, ils sont correctement caractérisés dans ce cadre depuis près de trente ans. Mais aujourd'hui, leur miniaturisation (par procédé MEMS) et leur usage nouveau en métrologie fine (en récepteurs comme en émetteurs) - qui exigent une connaissance précise de leur comportement dans des domaines de fréquences élevées (jusqu'à 100 kHz), dans des mélanges gazeux aux propriétés différentes de celles de l'air et dans des conditions de pression et de température beaucoup plus élevées ou beaucoup plus basses que les conditions standards - nécessitent une caractérisation beaucoup plus approfondie, aussi bien en terme de modélisation qu'en terme de résultats expérimentaux. C'est ainsi que ici -i/ les effets des couches limites thermiques (seules les couches limites visqueuses sont habituellement retenues) sont introduits dans le modèle, ce qui amène dans le chapitre premier à une étude analytique de la diffusion thermique en parois minces (dont la portée dépasse le cadre strict du transducteur), -ii/ l'influence des orifices de l'électrode arrière sur la déformée de la membrane est traitée au départ par une méthode analytique originale, qui permet de traduire les conditions en frontière non uniformes sur la surface de l'électrode sous forme de sources locales virtuelles, associées à des conditions de frontière rendues uniformes (chapitre second), -iii/ des solutions analytiques nouvelles, dépendant à la fois des coordonnées radiales et azimutales, sont obtenues pour le champ de déplacement de la membrane et pour les champs de pression dans les cavités du microphone par usage de théories modales compatibles avec les couplages multiples qui y prennent place (troisième chapitre), -iv/ un modèle de " circuit à constantes localisées " (reporté pour l'essentiel en annexe) est proposé, à des degrés divers de précision, qui permet en particulier d'accéder de façon simple à la sensibilité et au bruit thermique du microphone (fin du quatrième chapitre), -v/ une étude au vibromètre laser à balayage a été réalisée (début du quatrième chapitre), qui permet non seulement de mettre en évidence pour la première fois les déformées de membrane complexes qui apparaissent en hautes fréquences, mais encore de les quantifier et par-delà de valider les résultats théoriques obtenus et donc les modèles proposés (même s'ils restent perfectibles comme indiqué dans la conclusion).

Les microphones capacitifs sont des transducteurs réciproques dont les qualités (sensibilité, bande passante et tenue dans le temps) en font des instruments de mesure performants. Couramment utilisés jusqu’à présent en récepteurs dans l’air à pression atmosphérique et à température ambiante, dans la gamme de fréquences audibles, ils sont correctement caractérisés dans ce cadre depuis près de trente ans. Mais aujourd’hui, leur miniaturisation (par procédé MEMS) et leur usage nouveau en métrologie fine (en récepteurs comme en émetteurs) - qui exigent une connaissance précise de leur comportement dans des domaines de fréquences élevées (jusqu’à 100 kHz), dans des mélanges gazeux aux propriétés différentes de celles de l’air et dans des conditions de pression et de température beaucoup plus élevées ou beaucoup plus basses que les conditions standards - nécessitent une caractérisation beaucoup plus approfondie, aussi bien en terme de modélisation qu’en terme de résultats expérimentaux. C’est ainsi que ici -i/ les effets des couches limites thermiques (seules les couches limites visqueuses sont habituellement retenues) sont introduits dans le modèle, ce qui amène dans le chapitre premier à une étude analytique de la diffusion thermique en parois minces (dont la portée dépasse le cadre strict du transducteur), -ii/ l’influence des orifices de l’électrode arrière sur la déformée de la membrane est traitée au départ par une méthode analytique originale, qui permet de traduire les conditions en frontière non uniformes sur la surface de l’électrode sous forme de sources locales virtuelles, associées à des conditions de frontière rendues uniformes (chapitre second), -iii/ des solutions analytiques nouvelles, dépendant à la fois des coordonnées radiales et azimutales, sont obtenues pour le champ de déplacement de la membrane et pour les champs de pression dans les cavités du microphone par usage de théories modales compatibles avec les couplages multiples qui y prennent place (troisième chapitre), -iv/ un modèle de « circuit à constantes localisées » (reporté pour l’essentiel en annexe) est proposé, à des degrés divers de précision, qui permet en particulier d’accéder de façon simple à la sensibilité et au bruit thermique du microphone (fin du quatrième chapitre), -v/ une étude au vibromètre laser à balayage a été réalisée (début du quatrième chapitre), qui permet non seulement de mettre en évidence pour la première fois les déformées de membrane complexes qui apparaissent en hautes fréquences, mais encore de les quantifier et par-delà de valider les résultats théoriques obtenus et donc les modèles proposés (même s’ils restent perfectibles comme indiqué dans la conclusion). / Condenser microphones are reciprocal transducers whose properties (sensitivity, bandwidth and reliability) make them powerful measurement tools. So far, they have been commonly used as receivers in the audible frequency range, in air at atmospheric pressure and ambient temperature, they have been appropriately characterised in this context for nearly thirty years. But nowadays, their miniaturisation (using MEMS processes) and their new use for metrological purposes (as receivers as well as transmitters) require much deeper theoretical and experimental characterisations because they require an accurate knowledge of their behaviour in high frequency ranges (up to 100 kHz), in gas mixtures, whose properties differ from those of air, and under pressure and temperature conditions much higher or much lower than standard conditions. Thus, here, -i/ the effects of the thermal boundary layers are introduced in the model (only viscous boundary layers are usually accounted for), leading, in the first chapter, to an analysis of the thermal diffusion of thin bodies (whose scope is beyond the strict frame of capacitive transducers), ii/ the influence of the holes in the backing electrode on the dynamic behaviour of the membrane is initially handled with an original analytical method which allows expressing the non-uniform boundary conditions at the surface of the backing electrode as fictitious localised sources associated to uniform boundary conditions (second chapter), -iii/ new analytical solutions, depending both on the radial and azimuthal coordinates, for the pressure field and for the displacement field inside the cavities behind the membrane are expressed using modal theories in agreement with the strong couplings which occur between the different parts of the transducer (chapter three), -iv/ "lumped element circuits", which are more or less approximated (presented in the Appendix), more particularly result in expressing and assessing the sensitivity and the thermal noise (end of chapter three), -v/ experimental results, obtained from measurements of the displacement field of the membrane using a laser scanning vibrometer, both highlight and quantify for the first time the complex behaviour of the membrane in the highest frequency range, and finally lead to the validation of the theoretical results and therefore, the models presented here (even if the latter may still be improved as outlined in the conclusion).