Cette thèse porte sur la propagation des ondes acoustiques dans des milieux périodiques.Ces milieux ont des propriétés remarquables car le spectre associée à l’opérateur d’ondesdans ces milieux a une structure de bandes : il existe des plages de fréquences danslesquelles les ondes monochromatiques ne se propagent pas. Plus intéressant encore, enintroduisant des défauts linéiques dans ce type de milieux, on peut créer des modes guidésà l’intérieur de ces bandes de fréquences interdites. Dans ce manuscrit nous montrons qu’ilest possible de créer de tels modes guidés dans le cas de milieux périodiques particuliersde type quadrillage : plus précisément, le domaine périodique considéré est constitué duplan R2 privé d’un ensemble infini d’obstacles rectangulaires régulièrement espacés (d’unedistance ") dans deux directions orthogonales du plan, que l’on perturbe localement endiminuant la distance entre deux colonnes d’obstacles. Les résultats sont ensuite étendusau cas 3D.Ce travail comporte un aspect théorique et un aspect numérique. Du point de vue théoriquel’analyse repose sur le fait que, comme " est petit, le spectre de l’opérateur associé ànotre problème est "proche" du spectre d’un problème posé sur le graphe obtenu commela limite géométrique du domaine quand " tend vers 0. Or, pour le graphe limite, il estpossible de calculer explicitement le spectre. Ensuite, en utilisant des méthodes d’analyseasymptotique on étudie le spectre de l’opérateur non-limite. On illustre les résultats théoriquespar des résultats numériques obtenus à l’aide d’une méthode numérique spécialementdédiée aux milieux périodiques : cette dernière est basée sur la réduction du problèmede valeurs propres initial (linéaire) posé dans un domaine non-borné à un problème nonlinéaireposé dans un domaine borné (en utilisant l’opérateur de Dirichlet-to-Neumannexact). / The present work deals with propagation of acoustic waves in periodic media. Thesemedia have particularly interesting properties since the spectrum associated with theunderlying wave operator in such media has a band-gap structure: there exist intervals offrequences for which monochromatic waves do not propagate. Moreover, by introducinglinear defects in this kind of media, one can create guided modes inside the bands offorbidden frequences. In this work we show that it is possible to create such guidedmodes in the case of particular periodic media of grid type: more precisely, the periodicdomain in question is R2 minus an infinite set of rectangular obstacles periodically spacedin two orthogonal directions (the distance between two neighbour obstacles being "),which is locally perturbed by diminishing the distance between two columns of obstacles.The results are extended to the 3D case.This work has a theoretical and a numerical aspect. From the theoretical point of view theanalysis is based on the fact that, " being small, the spectrum of the operator associatedwith our problem is "close" to the spectrum of a problem posed on a graph which is ageometric limit of the domain as " tends to 0. However, for the limit graph the spectrumcan be computed explicitly. Then, we study the spectrum of the non-limit operatorusing asymptotic analysis. Theoretical results are illustrated by numerical computationsobtained with a numerical method developed for study of periodic media: this method isbased on the reduction of the initial (linear) eigenvalue problem posed in an unboundeddomain to a non-linear problem posed in a bounded domain (using the exact Dirichletto-Neumann operator).

Les métamatériaux sont des matériaux artificiels, formés par l’assemblage de nano-résonateurs, qui ont la capacité d’interagir avec les ondes qui les traversent et de conférer des propriétés inaccessibles aux matériaux homogènes. Afin de fabriquer de tels métamatériaux agissant dans le domaine du visible, un contrôle précis de l’organisation des résonateurs à l’échelle nanométrique est requis. Dans ce projet nous avons donc élaboré des voies de fabrication de type bottom-up, en organisant de façon anisotrope des nanoparticules d’or (AuNPs), qui sont des résonateurs du fait de leurs propriétés plasmoniques, dans un film de copolymères à blocs poly(styrène)-b-poly(vinylpyridine) (PS-b-PVP) nano-structuré en rangées de cylindres de PVP perpendiculaires au substrat.Au cours de ce projet, nous avons élaboré des routes de formulation permettant de produire des films de phase cylindrique hexagonale de copolymères alignés contenant des nanoparticules d’or. L’orientation des cylindres perpendiculaires au substrat a été obtenue en déposant le copolymère grâce à un solvant neutre dont la composition dépend de la fraction volumique en PVP du copolymère. La structure des films avec et sans nanoparticules a été caractérisée par microscopie et diffusion des rayons X en incidence rasante (GISAXS). Plusieurs méthodes d’incorporation des nanoparticules d’or ont été étudiées, soit en synthétisant les nanoparticules au sein du copolymère, en solution avant dépôt ou directement dans le film organisé ; soit en incorporant des nanoparticules pré-formées, en solution de copolymère ou dans le film déposé. Dans le cas de la synthèse in situ, nous avons formé les AuNPs par réduction chimique ou physique (sonication, radiolyse) d’un sel d’or dans le copolymère. L’incorporation des AuNPs pré-formées, elle, a été réalisée grâce à la fonctionnalisation des AuNPs ou par un traitement du film de copolymère afin de faciliter l’insertion des AuNPs. / Metamaterials are artificial materials, made from the assembly of nano-resonators, which can interact with incoming waves and get properties unknown for homogeneous materials. In order to fabricate metamaterials with an effect over visible light, a precise control over the organization at the nanoscale is required. The goal of this project was then the use of bottom-up approaches to achieve the anisotropic organization of gold nanoparticles (AuNPs), which are resonators due to their plasmonic properties, into a poly(styrene)-b-poly(vinylpyridine) block copolymer film, with a nanostructuration in arrays of PVP cylindrical domains perpendicular to the substrate.During this work, we investigated routes for the fabrication of copolymer films containing ordered gold nanoparticles in a hexagonal cylindrical phase. The orientation of the cylinders normal to the substrate was obtained by casting the copolymer with a neutral solvent whose composition was found dependent on the volumic fraction of PVP in the copolymer. The film structure with and without AuNPs was characterized by microscopy and Grazing-Incidence Small-Angle X-rays Scattering (GISAXS). Several incorporation methods for the insertion of AuNPs were studied, either by the in situ synthesis of the nanoparticles in solution before casting or directly into the ordered film; or by incorporating pre-formed AuNPs in the copolymer solution or in the film as-cast. In the case of the in situ synthesis, the AuNPs were formed by chemical or physical (sonication, radiolysis) reduction of a gold salt in the copolymer. The incorporation of pre-formed AuNPs was, achieved thanks to the functionalization of the AuNPs or by a treatment of the copolymer film in order to facilitate the insertion of the AuNPs.

Grâce aux récents progrès dans le domaine de la nanofabrication, la réalisation de structures photoniques a été rendue possible, permettant le contrôle de rayonnements lumineux utiles en tant que vecteurs d'informations ou pour la collecte de l'énergie. Ce manuscrit de thèse rassemble les études menées en collaboration avec Thalès Optronique sur deux démonstrateurs du projet ANR NPOEM, dont l'objectif est de réaliser des structures photoniques sur substrats souples par nanoimpression. Le premier démonstrateur consiste en un antireflet utilisant le domaine de résonance de réseaux de diffraction bipériodiques composés de motifs pyramidaux. Des réseaux de structures coniques à méplat lisse, structuré ou rugueux ont été modélisés par FDTD et RCWA, réalisées en collaboration avec le LTM et le CEA Liten, puis caractérisés à l'IM2NP. Les performances antireflets obtenues sont remarquables (réflectivité inférieure à 2% en incidence normale) et s'étendent sur une très large gamme spectrale du visible à l'infrarouge. Le second démonstrateur présente une fonction de filtrage de type passe-bas dans le visible et l'infrarouge. Une étude de plusieurs structures résonnantes de type métamatériaux (croix métalliques, empilement métal-diélectrique-métal, cônes métalliques et plaque métallique perforée) a montré les phénomènes de propagation singuliers liées aux petites dimensions (modes de bord, ondes de surface et couplages de proximité) et a conduit à la réalisation finale d'un filtre flexible et de large surface présentant les propriétés souhaitées. Les composants photoniques réalisés dans cette thèse trouvent leurs applications dans les domaines de la furtivité et du solaire thermique. / Thanks to recent advances in nanofabrication, the realization of photonic structures was possible, allowing the control of light as an information vector or for energy harvesting. This PhD thesis adresses the studies carried out in collaboration with Thales Optronics on two demonstrators for the ANR NPOEM research project, whose objective is to fabricate photonic structures on flexible substrates by nanoimprint technology. The first demonstrator consists of an antireflective coating using resonance phenomena within biperiodic diffraction gratings. Conical structures with flat, rough or patterned tops were modeled by FDTD and RCWA, carried out in collaboration with the CEA Liten LTM and then characterized at the IM2NP institute. The antireflective performances obtained are remarkable (reflection coefficient lower than 2 % at normal incidence) and extend over a wide spectral range from the visible to the infrared region. The second demonstrator presents a low-pass type filtering function at optical and infrared frequencies. A study of several resonant structures such as metamaterials (metallic crosses, metal-dielectric-metal stack, metallic cones and perforated plates) showed singular propagation phenomena related to small dimensions (modes, surface waves and proximity coupling) and led to the completion of a large surface, flexible filter demonstrating the desired properties. The photonic components made during this thesis have applications in the stealth and thermal solar domains.

Les matériaux acoustiques super absorbants, sub-longueur d’ondes et large bande, ouvrent de nouvelles perspectives prometteuses pour l’isolation sonore. Dans ce contexte, nous avons conçu et synthétisé des structures hétérogènes comportant des microbilles sphériques de silicone poreux « ultra-lentes », distribuées dans des matrices aqueuses ou élastomériques. Dans un premier temps, nous avons démontré pourquoi la vitesse du son est aussi basse dans les silicones poreux (<100 m/s) comparativement à celle de milieux homogènes (~1000 m/s). Ce fort contraste de propriétés acoustiques entre phases étant susceptible d’induire des propriétés extrêmement diffusantes des microbilles, nous avons étudié l’impact de la nature de la matrice et de l’arrangement (aléatoire ou périodique) des microbilles sur les propriétés acoustiques d’échantillons se présentant sous forme de plaques sub-longueurs d’ondes à faces parallèles. Nous avons montré que la présence de minima prononcés dans le coefficient de transmission de ces métaplaques était pilotée par la résonance monopolaire des microbilles, et était fortement conditionnée par la nature de la matrice environnante. Enfin, toutes les mesures ultrasonores de l’étude ont été confrontées avec succès à des prédictions issues de modèles de diffusion multiple. / Acoustic metamaterials may behave like sub-wavelength and broadband sound-absorbers, opening thus new promising routes for sound insulation. In this context, we have designed and achieved heterogeneous structures composed of soft porous silicone rubber microbeads with ultra-low sound speeds, dispersed in various aqueous or elastomeric matrices. First, we show why the sound speed is so low in soft porous silicone rubber materials (<100m/s) in comparison with soft homogeneous materials (~1000m/s). Such a large sound-speed contrast resulting in strongly scattering properties of the microbeads, we have studied the influence of the matrix characteristics as well as the arrangement of microbeads (random or ordered) on the acoustic properties of the samples in form of sub-wavelength slabs. We have evidenced deep and wide minima of acoustic transmission due to the strong monopolar resonances of the microbeads, which strongly depend on the properties of the surrounding matrix. All our ultrasonic measurements have been compared with theoretical predictions based on various Multiple Scattering Theories, revealing an excellent quantitative agreement.

La minimisation des circuits et la montée en fréquence constituent deux enjeux importants des systèmes de communication du futur. Cela nécessite un haut degré d'intégration, des performances plus élevées à coût réduit. Ce travail a pour objectif la conception et la réalisation de nouveaux isolateurs réalisés sur ligne coplanaire asymétrique à base de deux types de matériaux ferrite : hexaferrite de baryum (BaM) et grenat d’yttrium et de fer (YIG). La première étude, présentée sur une structure coplanaire à couche de BaM, a été effectuée pour montrer la faisabilité d’un isolateur à déplacement de champ dans la bande 40-50 GHz. La seconde a utilisé le YIG saturé pour des applications autour de 10 GHz. La nouvelle structure d’isolateur utilise le phénomène physique de déplacement de champ lorsqu’elle est polarisée par un champmagnétique continu. Elle est constituée d’une ligne coplanaire asymétrique gravée sur une couche ou un substrat magnétique et d’un demi-plan de masse arrière. Plusieurs séries de prototypes ont été fabriquées puis caractérisées à partir d’un banc de mesure hyperfréquence composé d’un testeur sous pointes à trois accès et d’un analyseur vectoriel de réseaux. Les résultats expérimentaux sont très encourageants car nous obtenons des pertes d’insertion faibles, dans le meilleur des cas inférieures à 1 dB et une isolation de plus de 16 dB. / The minimization of circuits and the increasing frequency are two important issues of future communication systems. That requires a high degree of integration, higher performance at reduced cost. This work aims to design and implementation of new isolators on coplanar line based on two types of ferrite materials: barium hexaferrite (BaM) and garnet and yttrium iron (YIG). The first study presented on a planar layer of BaM leads to the feasibility of the isolator of field displacement in the 40-50 GHz band. The second one concerns the use of saturated YIG for applications around 10 GHz. The magnetic field displacement phenomenon appears when the magnetic substrate is polarized by a D.C. magnetic field. The new isolator structure is made from an asymmetric coplanar line put on a layer or magnetic substrate with a half ground plane placed under this substrate. Several sets of prototypes are fabricated and characterized from a measurement bench which is composed by a microwave prober and a vector network analyzer. The experimental results are very promising because low insertion loss (less than 1 dB) and isolation (over 16 dB) have been obtained

L'allègement des structures est un enjeu économique important dans les domaines d'activités industrielles telles que l'automobile, l'aéronautique ou le naval, qui intègrent peu à peu les matériaux composites dans la fabrication des structures. Cet allègement s'accompagne d'un raidissement de la matière qui implique des problèmes de vibrations et d'isolation acoustique. Plusieurs méthodes de traitement existent pour diminuer les vibrations ou le bruit rayonné d'une paroi, mais ces méthodes ont l'inconvénient d'augmenter significativement la masse de la paroi. Afin de répondre à cette problématique, il est proposé dans cette thèse de modifier le comportement dynamique des structures à partir d'un réseau périodique de patchs piézoélectriques shuntés avec un circuit électrique dont il est possible de modifier l'impédance. En contrôlant ainsi le comportement dynamique des patchs piézoélectriques, il est possible de contrôler le comportement vibratoire de la structure et donc de traiter les problèmes de transmissions solidiennes ou de transmissions aériennes.La méthode de shunt choisie est la méthode dite de shunt à capacité négative qui permet de modifier la rigidité d'une structure. Cette méthode dite semi-passive présente plusieurs avantages : la mise en œuvre est simple, il est possible d'intégrer les patchs directement à l'intérieur de la paroi, elle consomme une faible quantité d'énergie électrique et sa mise en application est peu onéreuse. / Making the structure lighter is an important economic stake in the field of industrial activities such as automotive, aeronautic or naval, which gradually integrate composite materials in the manufacturing of structures. This reduction of the mass goes along with a stiffening of the matter implying acoustics and vibrations issues. Several methods exist to reduce vibrations or acoustic radiations of structures, but these methods increase the mass. In order to answer the problematic, we propose to change the dynamic behavior of structures with a periodic lattice of piezoelectric patches shunted with an electrical circuit whose the impedance can be controlled. Therefore, the control of the coupled behavior of the piezoelectric patches allows the control of vibrational wave's diffusion inside the structure and so to treat the structure-borne vibrations and airborne acoustics emission. The shunt method chosen is negative capacitance shunt which allows to modify the rigidity of a structure. This semi-passive method has several advantages: the implementation is simple, it is possible to integrate the patches directly inside the wall, it consumes a low amonte of electrical energy and its implementation is inexpensive.

Ce travail de thèse est composé de deux partie distinctes. La première partie est consacrée à l'étude et la modélisation des métamatériaux et tout particulièrement à leur caractérisation. Il s'agit donc de proposer des paramètres constitutifs équivalents (permittivité, perméabilité et couplage magnéto-électrique) qui permettent de remplacer les métamatériaux, composés à l'origine de réseaux périodiques de cellules discrètes, par des milieux homogènes et continus. Deux régimes sont considérés : sub-longueur d'onde et longueur d'onde. Dans le premier régime, les dimensions de la cellule de base, en particulier la période du réseau, sont très faibles devant la longueur d'onde. Le métamatériau est alors modélisé par un milieu bi-anisotrope continu. Pour le deuxième régime, les dimensions et la période sont comparables à la longueur d'onde. Les paramètres constitutifs sont alors définis au sens "local" qui prend en compte le caractère discret et périodique de la structure. Enfin, la caractérisation consiste à extraire les paramètres constitutifs à partir des coefficients de réflexion et de transmission d'une lame de métamatériau. Pour cela, nous appliquons la méthode d'inversion sous sa forme classique pour le régime "sub-longueur d'onde" et son extension aux structures périodiques pour le régime "longueur d'onde". L'une des contributions majeure de ce travail est l'application des incidences obliques (à l'interface air-métamatériau) pour extraire les paramètres constitutifs longitudinaux. La seconde partie de ce travail de thèse concerne le développement d'antennes directives à partir de sources rayonnantes à modes orthogonaux. Il est bien connu que la directivité est directement limitée par les dimensions de l'antenne ou par le nombre de sources dans un réseau. L'objectif est de mettre en œuvre une méthode alternative qui, tout au moins sur le plan conceptuel et théorique, ne relie pas la directivité à la taille de l'antenne. Nous utilisons donc la combinaison de modes rayonnants orthogonaux pour maximiser la directivité d'antennes tout en minimisant les dimensions du réseau et en limitant le couplage. Chaque source du réseau se doit rayonner un mode propre et unique qui, combiné avec une autre source, permet d'augmenter la directivité. Pour cette étude, le développement théorique des modes sphériques puis cylindriques est tout d'abord présenté afin de mettre en évidence le lien entre la directivité et les modes. En pratique, la mise en œuvre de modes sphériques a révélé des difficultés de conception, si bien que des solutions d'antennes basées sur l'anneau rayonnant sont proposées pour réaliser des sources à modes orthogonaux "cylindriques". Les topologies de structures rayonnantes directives proposées associant des antennes anneaux sont validées en simulation et par la conception puis la mesure de prototypes. / The work presented in this thesis concerns two parts: characterisation methods for metamaterials and directive antennas using space eigen-modes. The first one describes the homogenisation methods of metamaterials to retrieve the constitutive parameters from scattering parameters of the metamaterial's slab. We investigated the metamaterials which present the most common properties of media: bi-isotropic metamaterials (chiral), anisotropic metamaterials (BC-SRR), uni-axial bi-anisotropic metamaterials (double omega medium) and bi-axial bi-anisotropic metamaterials (EC-SRR). The transverse and longitudinal constitutive parameters characterising the anisotropic and bi-anisotropic require to examine the media at normal and oblique incidences. In the analysis we considered to distinguish continuous media restricted to long wave limit and resonating particles lattice which are out of long wave limit. The application of continuous media approach to the resonating particle lattice with size not satisfying the long wave limit can leads to violation of causality and passivity laws. The main different between proposed two approaches is interpretation of boundary conditions (Maxwellian/non-Maxwellian) for the metamaterial slab. The inclusions of lattice we ascribe as electric and magnetic dipole moments to develop an homogeneous resonating particles lattice and to retrieve the constitutive parameters. We validated the proposed approaches and compared the retrieved constitutive parameters according to physical laws. We found that the application of Bloch admittance and equivalence to electric and magnetic dipole moments provides the physical constitutive parameters. The second part of the thesis refers to directive antenna using space eigen-modes. The directivity of the antennas is limited to the size of the antenna or number of elements in an array. In common with keeping small sizes of the array the space between radiation elements has to be minimised. The proposed directive antenna considers the radiation elements determine by the orthogonal modes, i.e. each radiator of the array corresponds to unique space eigen-mode. This allows to ensure small distance between the array elements without introduction of high mutual coupling between them. The original approach refers to superposition of spherical modes however it is not practical. Instead of spherical modes we propose superposition of cylindrical modes which are easy to be realised. For the constructive summation of cylindrical modes and maximisation of directivity in end-fire plane we determine amplitudes of the cylindrical modes excited by electric and/or magnetic vector potentials. The cylindrical modes we obtain by the annular ring antennas and miniaturised annular rings. The superposition of cylindrical modes is achieved with a stacked antenna of annular rings and a coplanar cylindrical annular rings antenna. The both antennas we realised and measured.

En accord avec l'équation de propagation des ondes élastiques dans la matière, l'expression de la vitesse du son n'interdit pas à la masse volumique et à la compressibilité effectives du milieu d'être toutes deux négatives. Comment concevoir alors un tel matériau qualifié de métamatériau acoustique ? Qu'elles sont ses principales propriétés ? Cette thèse expérimentale a pour objectif la conception et la caractérisation d'un métamatériau pour les ondes de Lamb (ondes de plaque) de fréquences comprises entre 1MHz et 10MHz.L'approche mise en place repose sur le théorème d'Helmholtz qui permet de voir la propagation d'une onde élastique d'énergie finie comme le résultat d'un processus de couplage entre deux états de vibration de la matière, l'un de cisaillement sans changement de volume (vibration de symétrie dipolaire), l'autre se faisant avec changement de volume sans cisaillement (vibration monopolaire). Ainsi, la modification des paramètres effectifs décrivant la propagation pourrait passer par un contrôle local de ces deux états élémentaires de vibration, au moyen par exemple de résonateurs locaux homogénéisables.Le modèle de matériau choisi dans le cadre de cette thèse est une hétérostructure formée par un wafer de silicium sur lequel sont gravés, en tant que cellules mécaniques élémentaires, des paire de trous et des piliers isolés de silicium. La démarche expérimentale a consisté à étudier la diffusion élastique des ondes de Lamb sur ces deux types de cellules élémentaires à l'aide d'un montage tout optique. La génération des ondes fut assurée par la focalisation le long d'une ligne d'un faisceau laser Nd:YAG picoseconde permettant d'obtenir une source blanche acoustique. La détection fut réalisée à l'aide d'un interféromètre de Michelson doté d'un bras opto-mécanique permettant une cartographie point par point du champ de déformation de l'onde avec une sensibilité d'environ 1pm (pour une largeur de bande de 1MHz) sur une surface de 25x25mm2 avec une résolution spatiale et temporelle d'environ 1microns et 0.2nanosecondes.Cette étude aura permis de mettre en évidence la présence d'une ondelette réémise par la paire de trous ou le pilier autour de leurs fréquences de résonance et de décrire la diffusion cohérente résonante comme le résultat de l'interférence entre l'onde incidente et l'ondelette réémise. Dans le cas de la paire de trous, ces résultats ont permis d'interpréter et de comprendre le domaine de fréquences interdites d'un cristal phononique, ainsi que de décrire la dynamique de formation des modes d'une cavité phononique planaire. Dans le cas du pilier, il fut possible d'envisager la fabrication d'un système possédant les propriétés attendues pour un métamatériau acoustique.Cette thèse s'inscrit dans le projet de recherche de l'équipe Acoustique pour les Nanosciences de l'Institut des Nanosciences de Paris consacré à la structuration artificielle de la matière aux échelles micro et nanométriques pour le contrôle de la propagation des ondes élastiques. Les applications potentielles couvrent des domaines allant de la santé (imagerie haute résolution) à la défense (cape d'invisibilité) en passant par les télécommunications ou encore le bâtiment (isolation phonique).De par son caractère stratégique pour la Défense, ce travail a bénéficié du soutien de la DGA et de l'ANR sous la forme du projet ANR-ASTRID "METACTIF". Il a été effectué en collaboration avec une équipe de l'Université Lille 1, spécialisée dans la simulation numérique. Les échantillons ont été fabriqués dans le cadre d'une collaboration avec la salle blanche MIMENTO de l'Institut Femto-St de Besançon. / According with the elastic wave equation, the expression of the speed allows the motion of waves with an effective density and an effective compressibility both negative. How can we imagine and create a material of this kind, called metamaterial? What would be its properties?This experimental thesis involved to produce and to characterize a metamaterial for elastic Lamb waves (sismic waves) in the frequency range [1MHz-10MHz].On the basis of the Helmholtz theorem, the wave motion of Lamb waves is due to a coupling process between two vibrations states of the matter; one dipolar vibration (pure bending mode) coupling with one monopolar vibration (pure compressional mode). As a result, the modification of the macroscopic parameters governing the wave motion could be realised by the control of these only two vibrations states, thanks to homogeneous local resonators.Isolated silicon pillars and pairs of holes in silicon plate as potentially "good" candidate to fulfill this requirement. Structures were elaborated with deep reactive-ion etching technique (DRIE) using Bosch process in a silicon wafer.We had an experimental approach consisting in measuring the eigenfrequencies of the structures to select the one which allows fulfilling the homogenization criteria at the best and then mapping the scattered field associated to a Lamb wave interacting with the structures while vibrating onto the preselected eigenmode.To conduct this study, we used an all-optical experimental device. Generation of Lamb waves were managed to use an Nd:YAG laser focused along a line on the surface to get a white elastic source. The detection was realized with a power-operated Michelson interferometer, allowing to measure the displacement field with a resolution of around 1pm (on frequencies range of 1MHz).This study had allowed to evidence a scattering process described by the interference between the incident field and a reemitted wave emitted by the resonator. For the pairs of hole structures, these results enabled to understand the description of the bandgap of a phononic crystal in terms of bragg reflexion and to describe the dynamic of formation of phononic cavity modes. Concerning the pillars, these results enabled to make a device, using the Huygens-Fresnel principal, with the properties of a metamaterial.This PhD work follows on from the research projet of the team Acoustique pour les Nanoscience of the Nanosciences Institut of Paris (INSP).This work is jointly supported by the Agence Nationale de la Recherche and Direction Générale de l’Armement under grant ANR METACTIF. The simulations were realised in collaboration with a team at the Université Lille 1. The samples have been elaborated in MIMENTO facilities at Femto-ST institute in Besançon.

L'objectif de cette thèse est de caractériser et comprendre la propagation d'ondes acoustiques dans les mousses solides ordonnées. Nous avons mis au point une nouvelle sonde acoustique fondée sur la diffusion multiple de la lumière cohérente. Cette sonde appelée Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy résout en temps et en espace le champ de déplacement induit par le passage de l'onde acoustique ce qui permet d'en mesurer la relation de dispersion et la longueur d'atténuation. Nous avons validé la technique LSVAS en étudiant ces propriétés pour une mousse aqueuse dont les propriétés viscoélastiques sont par ailleurs connues. Nous avons ensuite élaboré des mousses solides de structure ordonnée en gélifiant des mousses liquides monodisperses produites à l'aide d'un générateur microfluidique. En excitant des ondes acoustiques dans un guide d'onde rempli d'une telle mousse gélifiée, nous avons étudié leur propagation dans une gamme de fréquence jusqu'à 10 kHz. Les célérités longitudinales et transverses ainsi que la longueur d'atténuation mesurées simultanément à basse fréquence montrent que, l'onde acoustique se propage dans la mousse solide comme dans un milieu continu effectif viscoélastique. Les variations des célérités longitudinale et transverse de ce mode lent avec la fraction volumique des bulles sont bien décrites par la loi de Wood et elles sont en accord avec la loi semi-empirique proposée par Ashby & Gibson. Aux fréquences supérieures à quelques centaines de hertz, la longueur d'onde transverse se rapproche de la taille des bulles et le mode lent n'est plus observé. Par contre, un mode beaucoup plus rapide, avec une vitesse comparable à celle du son dans l'air, apparaît. Nous montrons comment on peut décrire ce régime et le fort couplage entre le mouvement des films et du gaz dans le cadre de la théorie acoustique de Biot. / This thesis aims at characterizing and understanding acoustic wave propagation in ordered solid foams. We developed a new acoustic probe based on coherent light multiple scattering. This probe called Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy is sensitive to the displacement field induced by the acoustic wave in time and space, so that the wave dispersion relation and attenuation can be measured. We validated LSVAS measuring the aforementioned properties in aqueous foams which viscoelastic properties were already known. We then elaborated solid foams with ordered structures by gelling monodisperse liquid foams produced with a microfluidic generator. Generating acoustic waves in a wave guide filled with such a gelled foam, we studied their propagation in a frequency range up to 10 kHz. Longitudinal and transverse wave velocities but also attenuation lengths simultaneously measured at low frequency show that the acoustic wave propagates in solid foam like in an effective viscoelastic continuous medium. Longitudinal and transverse wave velocity variations of this slow mode with gas volume fraction are well described by Wood's law and agree with the semi-empirical law suggested by Ashby & Gibson. At frequencies higher than a few hundred hertz, the transverse wavelength approaches the bubble size and this slow mode is not observed any more. Meanwhile, a much faster mode, which velocity compares to the sound wave velocity in air, appears. We show how this regime and the strong coupling between film and gas displacement in the framework of Biot's acoustic theory.

La croissance récente des télécommunications nécessite la conception de circuits miniaturisés fonctionnant au-delà du gigahertz. Les activités de recherche sont énormément consacrées à l’étude de circuits intégrés associés à des structures planaires. Les circuits planaires qui ont récemment subi d’importants développements technologiques, sont très attractifs pour leurs faibles coûts de réalisation, leur faible poids et dimensions. Les filtres connus en hyperfréquence peuvent être réalisés à partir de lignes imprimées planaires. Beaucoup de ces composants passifs ne présentent aucune agilité en fréquence. Le problème d’agilité en fréquence est résolu en utilisant des composants actifs ajustables ou des composants passifs dont on peut modifier les propriétés en appliquant un champ électrique (ferroélectrique) ou un champ magnétique (ferrite. . .). Le principal objectif de cette thèse est de proposer et de caractériser une ligne coplanaire main gauche aveclaquelle on peut obtenir un fonctionnement agile en fréquence et relativement de faibles pertes.C'est une étude sur de nouveaux matériaux "main gauche" ou métamatériaux réalisés à partir de lignes coplanaires sur substrat ferrite. L'utilisation de ces substrats permet une certaine agilité en fréquence. L’étude débute par la modélisation d’un segment de ligne non réciproque, puis l'étude de la structure complète (capacité — ligne non réciproque — inductance). La détermination des paramètres ABCD de la cellule élémentaire (L-C), permet de retrouver les paramètres S de cette cellule. On en déduira les constantes de propagation dans les deux sens et on vérifiera que la celluleest un matériau planaire « main gauche » non réciproque / The recent growth in telecommunications requires the design of miniaturized circuits operating beyond the gigahertz. Research activities are enormously dedicated to the study of integrated circuits associated with planar structures. Planar circuits, that have recently undergone major technological developments, are very attractive for their moderate cost of realization, low weight and dimensions. Filters known in microwave can be made from printed planar lines. Many of these passive components have no frequency agility. The problem of frequency agility is solved using adjustable active components or passive components which we can modify the properties by applying an electric field (ferroelectric) or a magnetic field (ferrite ...). The main objective of this thesis is to propose and characterize a coplanar line left hand with which we can obtain an agile frequency operation and relatively low losses. It is a study on new materials "left hand" or metamaterials made from coplanar lines on ferrite substrate. The use of these substrates allows some frequency agility. The study begins by modeling a non-reciprocal line segment, then study the complete structure (capacity - non- reciprocal line - inductance). The determination of the ABCD parameters of the unit cell (LC), allows us to find the S parameters of this cell. We will deduct the constants of propagation in both directions and we will verify that the cell is a non-reciprocal "left hand" planar material