On s'intéresse à la modélisation numérique des structures sandwichs trois couches à âme viscoélastique utilisées pour l'amortissement passif et le contrôle des vibrations dans divers domaines d’application tels que l’aéronautique, l’aérospatial, l’automobile et l’électroménager. La complexité de la modélisation en dynamique de ces structures est liée d'une part aux non linéarités matérielles dues à la dépendance en fréquence et en température de la rigidité et d'autre part aux non linéarités géométriques dues aux grands déplacements. Nous proposons dans ce travail un cadre de modélisation des vibrations linéaires et non linéaires des poutres et des plaques sandwichs avec la dépendance en fréquence du comportement viscoélastique. En couplant la méthode asymptotique numérique et les techniques de différentiation automatique, nous avons développé un algorithme générique de résolution du problème numérique de valeur propre complexe gouvernant les vibrations libres linéaires des structures sandwichs viscoélastiques. L'algorithme est implémenté sous un solveur numérique en langage Matlab et permet pour une structure sandwich donnée, de déterminer de façon directe et exacte les propriétés amortissantes et les modes propres de vibration, quelle que soit la non linéarité en fréquence de la loi viscoélastique. L'efficacité de l'algorithme est illustrée sur trois modèles viscoélastiques différents: le modèle à module constant, le modèle de Maxwell généralisé et le modèle à dérivées fractionnaires. Puis, nous avons présenté une théorie basée sur la méthode des éléments finis pour la modélisation des vibrations non linéaires des poutres sandwichs. Cette théorie combine la technique d'équilibrage harmonique à la méthode de Galerkin à un mode et permet de réduire le problème de vibration non linéaire à une équation d'amplitude complexe. La résolution de l'équation d'amplitude permet de caractériser les propriétés modales et les réponses en amplitude. L'évaluation du choix de la base de Galerkin pour différentes approximations des modes a permis de montrer l'inadéquation des modes réels classiquement utilisés dans l'analyse des vibrations linéaires et non linéaires. Enfin, la théorie est appliquée pour modéliser les vibrations non linéaires des plaques sandwichs. Les coefficients de l'équation d'amplitude gouvernant les vibrations non linéaires sont formulés dans le cadre élément fini et nécessitent la résolution numérique de trois problèmes: un problème de valeur propre complexe non linéaire et deux problèmes linéaires. Pour l'efficacité de la méthode numérique ainsi proposée, la base de Galerkin est améliorée en utilisant des modes complexes afin de prendre en compte l'amortissement dans les modes de vibration. Les résultats obtenus montrent l'effet des non linéarités géométriques, des conditions aux limites et de la température sur les propriétés modales et les réponses en amplitude / The problem of interest is the numerical modeling of three layered viscoelastic sandwich structures used for passive damping and vibration control. The complexity in the dynamic modeling of these structures lies in the presence on the one hand of the material nonlinearities due to the frequency and temperature dependence of the stiffness and on the other hand of the geometrical nonlinearities due to large amplitude vibrations. We propose in this work a modeling framework of linear and nonlinear vibrations of viscoelastic sandwich beams and plates that takes into account the frequency dependent behaviour. Coupling the asymptotic numerical method to automatic differentiation techniques, we developed a generic algorithm for the solution of the complex eigenvalue problem governing the linear free vibrations of viscoelastic sandwich structures. The algorithm is implemented using Matlab language and a numerical solver has been designed for direct and exact computation of damping properties and vibration modes, whatever the dependence on frequency of the viscoelastic law. The efficiency of the algorithm is illustrated on three different viscoelastic models: the constant modulus model, the generalized Maxwell model and the fractional derivative model. Then, we presented a finite element based theory for nonlinear vibration analysis of viscoelastic sandwich beams. This theory combines the harmonic balance technique to one mode Galerkin's procedure and allows to reduce the nonlinear vibration problem in a complex amplitude equation. Solving the amplitude equation yields the modal properties and the amplitude responses. An assessment of the Galerkin's basis choice for various eigenmodes approaches shows the inaccuracy of the classical real eigenmodes used for linear and nonlinear vibration analysis. The theory is applied to model the nonlinear vibrations of viscoelastic sandwich plates. The amplitude equation coefficients are established in the finite element framework by numerically solving three problems: a nonlinear complex eigenvalue problem and two linear problems. For the efficiency of the proposed method, the Galerkin's basis has been improved using complex eigenmodes in order to take account the damping in the vibration modes. The obtained results show the effects of geometrical nonlinearities, boundary conditions and temperature on the modal properties and amplitude responses

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans un contexte où l'irrigation est une pratique devenue essentielle aux équilibres alimentaires sur la planète, plus particulièrement dans le cadre d'une augmentation des aléas climatiques, les systèmes de tarification non linéaire peuvent jouer un rôle déterminant pour la répartition de la ressource en eau, tout en respectant différentes contraintes de gestion telles que la couverture des coûts. Récemment, en France, certaines compagnies de gestion de l'eau d'irrigation ont mis en place de tels systèmes originaux de tarification fondés sur une différenciation entre des volumes d'eau réservés et des volumes réellement consommés. Ce travail a un double objectif : il vise, d'une part, à évaluer, sur différents plans, ces nouveaux systèmes de tarification mis en place et d'autre part, à concevoir des méthodes de tarification non linéaires capables d'intégrer les risques liés à la variabilité de la disponibilité de l'eau. La thèse est organisée en deux parties. La première partie est composée de 2 chapitres qui fournissent des éléments de cadrage sur la gestion de l'eau d'irrigation et expliquent la problématique de la recherche. La deuxième partie est composée de 4 chapitres constituant chacun un article. Dans le chapitre 3, nous évaluons l'efficacité de systèmes de tarification non linéaire de l'eau d'irrigation mis en place par des compagnies d'eau en France en prenant en compte les aléas pluviométriques et nous proposons des pistes d'amélioration de ces systèmes. Le chapitre 4 se situe dans la continuité du précédent dans la mesure où une méthodologie similaire est utilisée. Il compare ces nouveaux systèmes de tarification à une tarification uniforme dans un contexte de rareté de l'eau d'irrigation et d'aléas climatiques. Les résultats montrent que ces systèmes sont d'autant plus efficaces que la tarification uniforme que la ressource est rare. Le chapitre 5 modélise une situation où les agriculteurs ont la possibilité de réserver de l'eau dans des stocks de niveaux de sécurité différents. Nous déterminons la tarification optimale sous trois hypothèses d'objectif de gestion : i) Le gestionnaire cherche à maximiser le bien-être social ; ii) Le gestionnaire cherche à maximiser le bien-être social mais en assurant l'équilibre budgétaire ; iii) Le gestionnaire cherche à maximiser son profit. Le chapitre 6 étudie la situation d'un gestionnaire qui a besoin d'informations sur la demande d'eau d'irrigation avant de transférer la ressource vers les périmètres irrigués. C'est le cas du système Neste où les réserves d'eau sont souvent très éloignées des périmètres agricoles. En plus, les agriculteurs sont confrontés à des aléas sur la pluviométrie qui peuvent altérer la précision de leur connaissance de leur demande d'eau future. Dans un tel contexte, nous développons un système de tarification avec des possibilités de réservations sur plusieurs périodes et nous déterminons la tarification optimale que doit appliquer le gestionnaire. La discussion des résultats de ces chapitres permet de proposer des recommandations par rapport à la conception de systèmes de tarification adaptés à la gestion d'une ressource et d'une demande en eau incertaines. / In a world where irrigation has become essential to balance global food production, especially in the context of increasingly variable climate conditions, nonlinear pricing systems can play a crucial role in the allocation of water resources, while respecting various management constraints such as cost recovery. Recently in France, some irrigation water management companies have implemented such innovative systems based on price differentiation between volumes of water reserved and volumes actually consumed. This work has two objectives: firstly it aims to assess, at different levels, the new pricing systems in place; secondly it seeks to devise methods of nonlinear pricing that can integrate the risks related to the variability of the availability of water. The thesis is organized into two parts. The first part (chapters 1 and 2) provides background information on irrigation water management and explains the research problem. In the second part (chapter 3 to 6) each chapter is an article. In chapter 3, we assess the effectiveness of nonlinear pricing systems implemented by water companies in France, taking into account the variability of rainfall. We analyze the advantages of these new pricing systems for managing climate variability. We suggest ways of improving these systems. Chapter 4 is in line with the previous chapter in that a similar methodology is used. It compares the new pricing systems to uniform pricing in a context of scarce irrigation water and variable climate conditions. The results show that nonlinear systems are even more efficient than uniform pricing when water scarcity is severe. Chapter 5 models a situation where farmers are offered the possibility of reserving water in stocks with different security levels. We determine optimal pricing for three management assumptions: i) The manager seeks to maximize social welfare, ii) The manager seeks to maximize social welfare while ensuring a balanced budget; iii) The manager seeks to maximize his/her profit. Chapter 6 addresses the situation of a manager who needs information on water demand before moving the resource to areas requiring irrigation. This is the case of the Neste system where water supplies are often far away from agricultural areas. In addition, farmers face uncertainty of rainfall that can alter the accuracy of their knowledge of their future water demand. In this context, we develop a pricing system with the possibility of reservations over several periods and determine the optimal pricing to be implemented. Our results provide guidelines for designing pricing schemes adapted to the management of an uncertain water resource and an uncertain demand.

Dans le cadre de cette thèse un verre phosphate de zinc dopé avec des cations d’argent a été irradié par laser femtoseconde. Cette irradiation induit l’apparition dans le voxel de focalisation, d’une émission de fluorescence et une génération de second harmonique au sein du verre. La fluorescence a été attribuée à la création d’agrégats fluorescents composé d’une dizaine d’atomes d’argent. Une étude spectrale a été réalisée permettant de distinguer les différents types d’agrégats générés. Par ailleurs, la génération de seconde harmonique est attribuée à la présence d’un champs électrique enterré dans la zone irradié par effet EFISH (electric field induced second harmonic). La direction et la répartition de ce champ électrique, ont été étudié optiquement et conduisent à sa représentation spatiale.Les effets des paramètres expérimentaux, tels que le nombre d’impulsions laser, l’énergie par impulsion, la température du verre et le recuit sur les caractéristiques de la GSH et de la fluorescence, ont été étudiés. Enfin un processus global est proposé, expliquant les différentes étapes de la structuration, de la création du champ enterré par migration d’électrons à la réduction des cations d’argent et la croissance des agrégats. / In this work, a phosphate-zinc glass doped with silver ions was irradiated with a femtosecond laser. This irradiation causes the appearance of sub-micron features in the glass. Those features exhibit fluorescence and second harmonic generation. Fluorescence is linked to the aggregations of silver clusters in the glass. Second Harmonic Generation is linked to the creation of a buried electric field inducing an EFISHG effect.Polarization and spectroscopic studies were performed on these features. Those studies allowed us to produce a three-dimensional representation of the features. A phenomenological model, from the interaction of the laser pulses with the glass, to the movement of charges enabling the buried field, is developed to explain the overall process, therefore linking the migration of the electrons to the reduction of silver ion and the cluster growth.

De nos jours, les systèmes de télécommunications deviennent de plus en plus complexes et sophistiqués. Les perfonnances électriques des transistors hyperfréquences qui les constituent, doivent être améliorées en terme de fréquence, de puissance, de rendement et de linéarité. Dans le cas des transistors de puissance la caractérisation non linéaire est une étape indispensable afin de mieux comprendre et appréhender les effets limitatifs et d'optimiser leur conception. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse a été de mettre en œuvre un analyseur de réseaux non linéaire, de valider les mesures provenant de cet équipement et de développer des outils de mesures et d'analyse dans le domaine temporel afin de mieux appréhender les effets limitatifs des transistors à effet de champ aux fréquences micro-ondes. Dans un premier temps, nous avons montré l'importance de la caractérisation non linéaire hyperfréquence lors de la conception de circuits actifs. Nous avons effectué ensuite une étude bibliographique des principaux systèmes de caractérisation non linéaires existants et qui ont été précurseurs dans ce domaine. Dans le deuxième chapitre, nous avons décrit le principe de fonctionnement de l'analyseur de réseaux vectoriel non linéaire et sa mise en œuvre. Ensuite, afin d'évaluer les perfonnances de cet équipement, nous avons comparé les mesures provenant de ce dernier à celles effectuées par d'autres laboratoires de recherche sur un même composant de référence. Le troisième chapitre décrit le fonctionnement de l'analyseur de réseaux non linéaire à charge active développé au laboratoire. Une étude de l'incertitude de mesure en fonction de la charge sera présentée. Enfin, afin de valider expérimentalement notre banc, nous avons confronté les mesures effectuées avec ce dernier à des résultats de simulations électriques sur un composant de référence. La suite de ce travail a été consacrée à l'étude expérimentale dans le domaine temporel aux fréquences micro-ondes des effets limitatifs de l'ionisation par impact dans les transistors à effet de champ à hétérojonction de la filière GaAs. Nous avons présenté la technique et les résultats expérimentaux des mesures en régime grand signal effectuées avec le LSNA. Un modèle électrique non linéaire permettant de rendre compte des effets de l'ionisation a été décrit et discuté. La dernière partie est consacrée à une étude expérimentale de passivation et de prétraitement de surface effectuée sur des transistors HEMT à hétérostructure Al0.81In0.19/GaN. Nous avons montré l'avantage d'utiliser l'analyseur de réseaux non linéaire à charge active pour regarder l'influence de la passivation et du prétraitement de surface sur les perfonnances en puissance. Ensuite, nous avons discuté sur la localisation des pièges et de leur dynamique. / The goal of this PhD work has been to implement a non linear network analyzer (LSNA), to validate measurements, to develop measurements and analysis tools in time domain in order to understand limiting effects on field effect transistors at microwave frequencies. First, we show the importance of the non linear characterization for the design of active circuits. Second, we de scribe the Large Signal Network Analyzer setup and its implementation. After that, in order to evaluate the performance of this equipment, we have compared measurements provided by equipment and by those coming from other laboratories on the same reference device. ln the next part, we describe the setup of an active load pull large signal network analyzer developed in our laboratory. Then, in order to validate our setup, we compare non linear measurements obtained under in load pull conditions with data coming from simulation performed on a reference device. The following of this work is devoted to an experimental study in time domain, using LSNA, on the lirniting effects of impact ionization inside GaAs HEMT devices. We present sorne experimental results and mainly measurements under large signal conditions in time domain. A non linear electrical model allows us to account for the impact ionization effects on the time domain waveforms. The next part is devoted to a specific study of passivation and surface pretreatrnent carried out on A 10. 81InO.19N/GaN HEMT device. We show the advantages to use the active load pull large signal network analyzer for studying the influence of passivation and surface pretreatrnent on the power performance. To fmish, we discuss on the traps localization and dynamic

Cette thèse est dédiée à l'étude d'ondes non linéaires dans des écoulements en rotation. Dans une première partie, je me suis intéressé aux ondes de Rossby apparaissant par instabilités de thermoconvection dans une coquille sphérique en rotation représentant un modèle simplifié de noyau planétaire tellurique, et ce pour deux types de forçage: un chauffage interne correspondant à une activité radioactive du noyau et un chauffage différentiel lié à la différence de température entre les frontières interne et externe. Selon le théorème de Proudman-Taylor, l'écoulement possède une faible dépendance en la coordonnée axiale à cause de la rotation rapide. Cela permet de simplifier les modèles 3D en des modèles quasi géostrophiques 2D reposant sur une intégration axiale. Cette thèse présente la première comparaison systématique entre modèles 2D et 3D (Simitev, U-Glasgow) concernant des ondes de Rossby faiblement non linéaires. En 2D l'équation de Landau régissant l'amplitude de l'onde critique est calculée; l'amplitude de la convection et celle des écoulements zonaux ainsi prédites se comparent assez bien aux résultats 3D. L'existence d'une bifurcation sous-critique est établie à très bas nombre d'Ekman en chauffage interne et en chauffage différentiel, à condition dans ce dernier cas que le nombre de Prandtl soit petit. La seconde partie est une étude expérimentale de l'écoulement d'eau et de ses premières instabilités dans un canal annulaire creusé dans un plateau éventuellement en rotation surmonté d'un couvercle tournant. Trois cas sont étudiés: le cisaillement pur correspondant à la rotation du couvercle seul, la corotation rapide et la contrarotation pure. Le seuil d'instabilité détecté par mesures globales (visualisations par caméra vidéo) et locales par Vélocimétrie Laser Doppler se caractérise par des ondes spiralées. Dans le cas de la contrarotation pure, des structures localisées dans l'espace-temps peuvent coexister avec les ondes. Une comparaison est effectuée avec des calculs numériques (Serre, CNRS-Marseille). Un accord relativement bon est obtenu pour l'écoulement de base (vitesse azimutale) et la première instabilité (nombre de Reynolds, nombre d'onde et fréquence angulaire critiques) / A first part is devoted to the study of the Rossby waves that appear in a rotating spherical shell representing the core of a terrestrial planet by thermal instabilities for two heating types. Internal heating is driven by radioactive sources and differential heating is driven by a difference of temperature between the internal and external frontiers. According to the Proudman-Taylor theorem, the flow depends only weakly on the axial coordinate because of the high rotation rate. Thus the 3D models can be simplified into quasi-geostrophic 2D models \textit{via} an axial integration. I present the first systematic comparison between 2D and 3D models (Simitev, U-Glasgow) for weakly nonlinear Rossby waves. In 2D the Landau equation that controls the amplitude of the critical wave is calculated. Predicted convection' amplitude and zonal flows agree rather well with the 3D results. The existence of a subcritical bifurcation is established at very low Ekman numbers with internal and differential heating; in this latter case, the Prandtl number also has to be small for the bifurcation to be subcritical. The second part is an experimental study of water flows and its first instabilities in an annular channel digged in a plate which may rotate, and which is sheared by a rotating lid. Three cases are studied: a pure shear where only the lid turns, a rapid corotation and a pure contrarotation. The onset of instability is studied with global measurements (using a video camera) and local ones (Laser Doppler Anemometry) and is characterized by spiralling waves. In the case of contrarotation, patterns localized in space and time may coexist with the waves. The comparison of these results with numerical ones (Serre, CNRS-Marseille) is done and shows a rather good agreement for the basic azimutal flow and the first instability (critical Reynolds number, wavenumber and angular frequency)

La sécurité des systèmes de transports intelligents est au centre de tous les débats. Afin de s’assurer un fonctionnement sécuritaire, il est nécessaire de pouvoir vérifier le bon fonctionnement des capteurs permettant d’avoir une parfaite connaissance de l’environnement et de l’état du véhicule. Cette thèse présente une nouvelle solution de détection et d’identification de faute pouvant apparaitre sur les capteurs embarqués d’un véhicule intelligent. Cette méthode est basée sur la redondance analytique des données, consistant à estimer une même mesure à l’aide de capteurs de différentes natures. Cette mesure subit alors une transformation non linéaire permettant à la fois d’accroitre la sensibilité aux fautes et d’être plus robuste aux bruits. Cette étude propose plusieurs solutions de transformation et d’estimation qui seront évaluées en simulation avant de proposer une méthode d’optimisation de la prise de décision en fonction de critères choisis par l’utilisateur. La description de l’architecture, des méthodes employées ainsi que des équations permettant l’établissement de celle-ci seront décrites dans le chapitre 3. L’évaluation en simulation des performances de l’architecture sera effectuée dans le chapitre 4 avant une analyse finale des résultats ainsi qu’une comparaison avec une solution existante dans le dernier chapitre, permettant la validation de notre approche.

L’objectif de cette thèse est le développement et l'extension de la méthode SPH pour l'analyse de structures de type coque, isotropes et composites multicouches soumises à des chargements dynamiques. Les différents verrouillages de la méthode SPH classique, tels que la non consistance, l'instabilité en traction, sont résolus par la méthode dite "Corrective Smoothed Particle Method", l'utilisation d'une Formulation Lagrangienne Totale et l'introduction de viscosité artificielle. Le modèle de coque basé sur la théorie de Reissner-Mindlin est adopté pour la modélisation des structures de coque épaisses en utilisant une seule couche de particules dans le plan moyen. La forme forte d’équations gouvernantes de coque sont discrétisées directement par la méthode SPH améliorée et résolues par un schéma explicite basé sur les différences finies centrées. Une extension de la méthode a été faite pour la modélisation d'impact de coques par des objets rigides à faible vitesse. La force de contact est calculée en utilisant la théorie de Hertz. Une dernière extension de la méthode concerne l'intégration du critère de rupture de Tsai-Wu pour la modélisation de la dégradation progressive pour les structures composites multicouches. / The objective of this thesis is the development and the extension of the SPH method for the analysis of isotropic and multilayered composite shell structures, undergoing dynamic loading. Major defects of the classical SPH method such as the lack of consistency, the tensile instability are solved by "Corrective Smoothed Particle Method", the use of the Total Lagrangian Formulation and artificial viscosity. Mindlin-Reissner Theory is employed for the modeling of thick shells, by using only one layer of particles in the mid-plane. The strong form of the governing equations for shell structures are discretized directly by the modified SPH method and solved using the central difference time integration scheme. An extension of the method has been introduced for the modeling of low-velocity impact of shells by rigid impactors. The contact force is calculated based on the Hertzian contact law. A last extension of the SPH method concerns the integration of Tsai-Wu failure criterion for the modeling of progressive degradation of multilayered structures.

Les infrasons sont des ondes acoustiques de fréquence inférieure à environ 20 Hz qui sont produits par une grande variété de sources naturelles (éruptions volcaniques, séismes, etc.) ou artificielles (explosions chimiques, avions, tirs de mine, etc.). Ils peuvent se propager dans l’atmosphère terrestre jusqu’à de très grandes distances, de quelques centaines à plusieurs milliers de kilomètres, et transportent des informations importantes concernant leur source. Pour cette raison, la mesure des ondes infrasonores représente aujourd’hui une des principales techniques utilisées dans le cadre du Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (TICE) pour la détection, la localisation et l’identification de sources. La modélisation de la propagation atmosphérique des infrasons a été classiquement réalisée par des approximations géométriques, comme le tracé de rayons, ou par la résolution d’équations paraboliques. Grâce à un coût de calcul raisonnable, allant de quelques secondes à une heure, ces approches sont largement employées dans le domaine opérationnel. Leur efficience est néanmoins obtenue au détriment de la complexité physique de la propagation atmosphérique. Les avancées récentes de la simulation numérique directe en aéroacoustique rendent cependant envisageable la résolution directe des équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles, permettant ainsi de décrire sans approximation la propagation infrasonore. Dans la présente thèse, trois objectifs principaux ont été poursuivis. En utilisant une méthode de tracé de rayons, une caractérisation des effets non linéaires, visqueux, thermiques et de relaxation sur les ondes infrasonores produites par des sources explosives a été d’abord effectuée. La propagation non linéaire des signaux infrasonores dans l’atmosphère terrestre a été ensuite examinée à l’aide de simulations tridimensionnelles directes des équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles. Des sources de très grande amplitude et de fréquence de l’ordre de 0.1 Hz ont été considérées. Les calculs ont été menés jusqu’à des distances de propagation de plusieurs centaines de kilomètres et jusqu’à des altitudes de l’ordre de 140 km. Une étude détaillée de la diffusion par les petites échelles de l’atmosphère a été effectuée. Une première analyse de la pénétration en zone d’ombre provoquée par des phénomènes de diffraction au niveau des caustiques a été également réalisée. Des cas test bidimensionnels ont été enfin formulés et des solutions de référence ont été déterminées afin de permettre la validation numérique de codes de calcul et l’évaluation des erreurs commises par les approximations usuelles. / Infrasounds are acoustic signals of frequency lower than about 20 Hz. They are generated by a large variety of natural events, such as volcanic eruptions or earthquakes, and by artificial sources, like nuclear or chemical explosions and supersonic booms. Infrasonic waves can propagate through the different atmospheric layers up to very large distances, from few hundreds to thousands of kilometres, and can potentially carry relevant information about their source. For this reason, within the framework of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT), infrasound recordings are widely employed to monitor clandestine nuclear tests. Infrasound modelling has classically been based on simplified equations. Ray tracing and parabolic models have been the most commonly used techniques. Their efficiency in terms of computational cost is however obtained at the expense of generality and some of the main phenomena affecting infrasound propagation are inherently excluded by these methods. Over the past decade, progress has been made towards the simulation of acoustic propagation by directly solving the fluid dynamics equations. Understandably, this approach is expected to allow a finer description of atmospheric propagation and to lead to a better interpretation of experimental observations. In the present thesis, three main objectives have been achieved. First of all, using ray theory, a characterization of nonlinear effects and absorption induced by thermo-viscous and vibrational relaxation phenomena on the propagation of infrasonic signals generated by explosive sources has been carried out. Direct numerical simulations of the three-dimensional unsteady compressible Navier-Stokes equations have been then performed to calculate the sound field generated by an infrasonic source in a realistic atmosphere. Computations have been carried out using a low-dispersive and low-dissipative finite-difference time-domain method, for very large source amplitudes and for source frequencies of order of 0.1 Hz, up to altitudes of 140 km and ranges of few hundreds of kilometres. The scattering from small-scale inhomogeneities, of characteristic dimension of the same order as the wavelength of the infrasonic wave, has been investigated. The penetration in the shadow zone induced by diffraction phenomena at the thermospheric caustic has also been studied. Two-dimensional benchmarks specific to infrasound atmospheric propagation have been finally formulated and reference solutions have been computed. They aim to allow the assessment of the accuracy of numerical solvers as well as the evaluation of the range of validity of the classical approaches.