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Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à s'intéresser à la propagation du son en milieu extérieur etnotamment, dans notre contexte, à diminuer l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores et améliorer ainsi laprécision des diverses analyses, du bureau d'étude à l'institut de recherche. Dans le cadre de l'acoustiqueenvironnementale, l'influence des conditions météorologiques sur la propagation acoustique en milieu extérieurpeut être importante. Il est donc nécessaire d'appréhender et de quantifier les phénomènes météorologiques demicro-échelles que l'on observe dans la couche limite atmosphérique.Dans ce but, le modèle météorologique de recherche de Météo-France (Meso-NH) a été utilisé. Après avoircomparé les résultats de ce modèle à très fine résolution (de l'ordre du mètre) à l'aide des bases de données de deuxcampagnes expérimentales (Lannemezan 2005 et la Station de Long Terme), il s'est avéré nécessaire de développercet outil en intégrant la prise en compte de la force de traînée des arbres. Dès lors, les résultats issus de Meso-NH surles champs de vent, de température et d'énergie cinétique turbulente aparraissent satisfaisants. Ces informationssont par la suite utilisées en données d'entrée du modèle de propagation acoustique.Le modèle acoustique temporel utilisé est basé sur la méthode Transmission Line Matrix (TLM). Sondéveloppement a été effectué dans le but d'être appliqué à la propagation acoustique en milieu extérieur : prise encompte du relief, de différents types de sol, des conditions atmosphériques, etc. La validation numérique de laméthode TLM, par comparaison avec d'autres modèles (analytique et numérique de type Equation Parabolique), apermis de montrer la pertinence de son utilisation dans le cadre de l'acoustique environnementale.Enfin, à l'aide de ces modèles, des niveaux sonores simulés sous différentes conditions de propagation(favorables, défavorables, homogènes) ont été comparés aux mesures in-situ réalisées lors de la campagneexpérimentale de Lannemezan 2005. Les résultats se sont avérés très satisfaisants au regard de la variabilité desphénomènes observés. Cependant, l'utilisation des champs issus d'un modèle micro-météorologique de type Meso-NH reste délicate du fait de la forte sensibilité du niveau sonore aux profils verticaux de célérité du son. L'étude defaisabilité sur une expérience plus complexe (la Station de Long Terme) est encourageante et, à condition de disposerd'importants moyens de calculs, elle permet de considérer la TLM comme une nouvelle méthode de référence etainsi, d'envisager d'élargir son domaine d'utilisation à d'autres applications. / Actually, it exists a major societal issue to be interested in outdoor sound propagation and specially, in our context, toreduce the uncertainty in noise levels estimation and thus to improve the analyses accuracy, from engineers toresearch institutes. The influence of meteorology on outdoor sound propagation is significant. It is thereforenecessary to understand and quantify the micro scales phenomena into the atmospheric boundary layer.In this way, the French research meteorological model (Meso-NH) has been used. After comparing resultsof this model at very fine resolution (~1 meter) to measurements issued from the databases of two experimentalcampaigns (Lannemezan 2005 and Long Term Monitoring Station: LTMS), it appeared necessary to develop this toolin order to take into account the drag force of the trees. Finally, the Meso-NH results for the wind, temperature andturbulent kinetic energy fields are satisfactory. Then, theses informations can be used as input data for acousticmodels.Our time domain acoustic model is based on Transmission Line Matrix method (TLM). Its development wasdone in order to be applied to outdoor sound propagation: taking into account topography, soil types, meteorologicalconditions, etc. The numerical validation of the TLM method, by comparison with other models (analytical andnumerical: Parabolic Equation), has shown the relevance of its use in the context of environmental acoustics.Finally, thanks to these models, simulated noise levels in different propagation conditions (downward,upward and homogeneous refraction conditions) were compared to in situ measurements carried out during theLannemezan 2005 experimental campaign. Satisfying results were obtained regarding the observed phenomenavariability. However, using the micro-meteorological model Meso-NH is difficult because of the strong acousticsensitivity to the vertical celerity profiles. A feasibility study on a more complex experience (LTMS) is encouragingand, provided having substantial computing resources, it permits to consider the TLM as an accurate method in thecontext of environmental acoustics.

Au fur et à mesure que le nombre de composants augmente, il existe une forte demande pour identifier les sources de rayonnement pour la prédiction de la compatibilité électromagnétique des circuits électroniques. Le balayage d’une sonde à proximité du circuit est une méthode générale d'identification des sources rayonnantes dans une PCB. La première partie de la thèse consiste à concevoir et à caractériser des sondes magnétiques à haute sensibilité et à haute résolution spatiale. Les sondes conventionnelles basées sur la ligne micro ruban et la configuration coplanaire sont étudiées. À mesure que la longueur de la ligne de transmission connectée à la sonde augmente, le bruit sur le signal de sortie augmente en raison de tensions de mode commun induites par le champ électrique. Afin de supprimer cette tension induite par le champ électrique, une sonde magnétique blindée est conçue et fabriquée à l'aide d'une technologie de circuit imprimé à faible coût (PCB). La performance de la sonde passive est validée dans la bande 1MHz - 1GHz. La sonde blindée est fabriquée sur un substrat FR4 d'une épaisseur de 0,8 mm et se compose de 3 couches avec le signal dans la couche intermédiaire et les couches supérieure et inférieure dédiées aux plans de masse. La taille d'ouverture de la boucle est de 800 μm x 800 μm, avec une résolution spatiale attendue de 400 μm. La haute sensibilité de la sonde est obtenue en intégrant un amplificateur à faible bruit à la sortie de la sonde, ce qui en fait une sonde active. La performance de la sonde blindée avec différentes longueurs de lignes de transmission est faite pour étudier. Une sonde à trois axes capable de mesurer les trois composantes du champ magnétique est également conçue et validée par un balayage en champs proches au-dessus d'une structure standard plan de masse.Dans la deuxième partie, la méthode de la matrice de la ligne de transmission inverse (Inv-TLM) est utilisée, pour reconstruire la distribution source à partir des champs proches (NFS) mesurés au-dessus d'un plan sur la carte PCB. Même si, la résolution de la reconstruction dépend de la longueur d'onde et des paramètres du maillage, la propagation inverse augmente la largeur de l'onde reconstruite. Comme cette méthode corresponde à un problème « mal posé» et entraîne des solutions multiples, nous avons développé une nouvelle méthode basée sur la corrélation croisée bidimensionnelle, qui représente les données de balayage en champ proche sous forme de de dipôles équivalents. Avec cette nouvelle méthode, nous avions pu identifier et de localiser les sources actuelles dans le PCB et est représenté avec des sources équivalentes. La méthode est validée pour les sources avec des orientations différentes. Les données simulées des champs proches utilisant le logiciel commercial CST sont utilisées pour valider les deux méthodes. Le champ lointain prédit à partir de ces sources équivalentes est comparé aux champs simulés. / As the number of components in a confined volume is increasing, there is a strong demand for identifying the sources of radiation in PCBs and the prediction of EMC of electronic circuits. Electromagnetic near field scanning is a general method of identifying the radiating sources in a PCB. The first part of the thesis consists of the design and characterization of printed circuit magnetic probes with high sensitivity and high spatial resolution. Conventional probes based on microstrip and coplanar configuration is studied. As the length of the transmission line connected to the probe increases, the probe output contains noise due to common mode voltages which is many induced by the electric field. In order to suppress the voltage induced due to the electric field, a shielded magnetic probe is designed and fabricated using low cost printed circuit board (PCB) technology. The performance of the passive probe is calibrated and validated from 1MHz – 1GHz. The shielded probe is fabricated on an FR4 substrate of thickness 0.8mm and consists of 3 layers with the signal in the middle layer and top and bottom layers dedicated to ground planes. The aperture size of the loop is 800µm x 800µm, with an expected spatial resolution of 400 µm. The high sensitivity of the probe is achieved by integrating a low noise amplifier at the output of the probe, hence making an active probe. The performance of the shielded probe with a different length of transmission lines is made to study. When the probe has to be operated above 100MHz, it is found that the transmission lines connected to the probe should be short (around 1.5cmm). For frequencies below 100MH, the length of the lines can be up to 12cm. A three-axis probe which is able to measure the three components of the magnetic field is also designed and validated by near field scanning above a standard wire over the ground structure.In The second part, the inverse transmission line matrix method (Inv-TLM) method is used reconstruct the source distribution from the near field scan (NFS) data above a single in plane on the PCB. Even though the resolution of reconstruction depends on the wavelength and the mesh parameter, the inverse propagation increases the width of the reconstructed wave. As this method is found to be ill posed and results in multiple solutions, we have developed a new method based on the two-dimensional cross-correlation, which represents the near field scan data in terms of the equivalent electric currents of the dipole. With the new method, we are able to identify and locate the current sources in the PCB and are represented by an equivalent source. The method is validated for the current sources with different orientations. The simulated near field data using CST microwave studio is used to validate both the methods. The radiated far field from these equivalent sources is compared with the simulated fields.

Dans le contexte de l’amélioration des modèles de prévision en acoustique extérieure, ces travaux de thèse se focalisent sur la modélisation des effets des irrégularités de la surface du sol sur la propagation acoustique. Pour ce faire, des méthodes numériques temporelles sont utilisées : d’une part, la méthode FDTD basée sur la résolution des équations de l’acoustique par des schémas aux différences finies, et d’autre part, la méthode des lignes de transmission (TLM). La modélisation des effets de la rugosité de surface est abordée en considérant le formalisme de l’impédance effective. Deux modèles d’impédance effective sont étudiés : le premier caractérise les effets d’une rugosité déterministe constituée de diffuseurs de géométrie constante, le second caractérise les effets moyens d’une rugosité aléatoire définie par un spectre de rugosité. Ce second modèle est validé expérimentalement par une campagne de mesures en salle semi-anéchoïque, audessus de surfaces rugueuses dont la rugosité a été définie très précisément. Les deux modèles d’impédance effective sont également validés par des simulations numériques FDTD et TLM. La possibilité d’implémenter ces conditions d’impédance effective dans les deux codes temporels est ainsi montrée, ce qui permet de modéliser les effets de la rugosité sans avoir à réaliser un maillage précis du profil des hauteurs de la surface du sol. Une campagne de mesures de l’impédance de différents terrains est réalisée afin d’étudier les effets de la variabilité spatiale et saisonnière de l’impédance sur la prévision des niveaux sonores. Les impédances mesurées lors de cette campagne sont également utilisées comme des données d’entrée réalistes pour le code TLM, afin de simuler et d’étudier les effets de la propagation acoustique au-dessus d’un sol hétérogène présentant une impédance spatialement variable. / In the context of prediction models improvement for outdoor sound propagation, this work focuses on the modelling of the effects of ground irregularities on sound propagation. Time-domain numerical methods are used: on one hand, the solving of the governing equations by finite difference schemes (FDTD method), and on the other hand, the transmission line matrix (TLM) method. Effective impedance is considered to model the effects of surface roughness. Two effective impedance models are studied: the first one takes into account the effects of a deterministic roughness formed by scatterers of constant geometry, the second one takes into account the mean effects of a random roughness defined by a roughness spectrum. This second model is validated experimentally by a measurements campaign carried out in a semi-anechoic chamber, above rough surfaces whose roughness profiles were precisely designed. The two effective impedance models are also validated by FDTD and TLM simulations. The possibility to use the effective impedances directly into the numerical methods is then shown, allowing the modelling of roughness effects without meshing the exact height profile of the ground surface. A measurements campaign of the impedance of different grounds is performed in order to assess the effects of space and seasonal variability of the impedance on the sound levels predictions. The results of this campaign are also used as realistic entry data for the TLM code, and the propagation above a heterogeneous ground showing spatially variable impedance is simulated.

O presente trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento dos campos eletromagnéticos no interior de câmaras reverberantes de modos misturados através do método numérico TLM (Transmission Line Matrix). Inicialmente, apresenta-se uma descrição dos diversos tipos de câmaras aplicáveis na avaliação de desempenho de compatibilidade eletromagnética de equipamentos e sistemas elétricos, destacando-se suas principais características físicas e geométricas, com ênfase nas câmaras reverberantes. Os aspectos teóricos relacionados à descrição do método TLM são detalhados e sua aplicação na avaliação do ambiente eletromagnético das câmaras é então abordada. Diversos resultados são apresentados, considerando-se configurações pré-definidas de câmaras reverberantes, ressaltando-se a definição e cálculo de índices de mérito, bem como os principais aspectos relacionados à representação e definição de critérios adotados nas simulações destas. / The aim of this report is the evaluation of the behavior of electromagnetic fields inside reverberation chambers by means of Transmission Line Modeling (TLM). Initially, it is presented a description of several kinds of chambers applicable for electromagnetic compatibility tests followed by a more detailed description regarding reverberation chambers. Theoretical aspects of TLM method and its application for electromagnetic fields solution are covered. Some results are presented, considering pre-defined reverberation chambers configurations, highlighting some merit indicators and the main aspects adopted on its simulation.

O presente trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento dos campos eletromagnéticos no interior de câmaras reverberantes de modos misturados através do método numérico TLM (Transmission Line Matrix). Inicialmente, apresenta-se uma descrição dos diversos tipos de câmaras aplicáveis na avaliação de desempenho de compatibilidade eletromagnética de equipamentos e sistemas elétricos, destacando-se suas principais características físicas e geométricas, com ênfase nas câmaras reverberantes. Os aspectos teóricos relacionados à descrição do método TLM são detalhados e sua aplicação na avaliação do ambiente eletromagnético das câmaras é então abordada. Diversos resultados são apresentados, considerando-se configurações pré-definidas de câmaras reverberantes, ressaltando-se a definição e cálculo de índices de mérito, bem como os principais aspectos relacionados à representação e definição de critérios adotados nas simulações destas. / The aim of this report is the evaluation of the behavior of electromagnetic fields inside reverberation chambers by means of Transmission Line Modeling (TLM). Initially, it is presented a description of several kinds of chambers applicable for electromagnetic compatibility tests followed by a more detailed description regarding reverberation chambers. Theoretical aspects of TLM method and its application for electromagnetic fields solution are covered. Some results are presented, considering pre-defined reverberation chambers configurations, highlighting some merit indicators and the main aspects adopted on its simulation.

The past decade has seen a transition of Graphics Processing Units (GPUs) from special purpose graphics processors, to general purpose computational accelerators. GPUs have been investigated to utilize their highly parallel architecture to accelerate the computation of the Transmission Line Matrix (TLM) methods in two and three dimensions. The design utilizes two GPU programming languages, Compute Unified Device Architecture (CUDA) and Open Computing Language (OpenCL), to code the TLM methods for NVIDIA GPUs. The GPU accelerated two-dimensional shunt node TLM method (2D-TLM) achieves 340 million nodes per second (MNodes/sec) of performance which is 25 times faster than a commercially available 2D-TLM solver. Initial attempts to adapt the three-dimensional Symmetrical Condensed Node (3D-SCN) TLM method resulted in a peak performance of 47 MNodes/sec or7 times in speed-up. Further efforts to improve the 3D-SCN TLM algorithm, as well as investigating advanced GPU optimization strategies resulted in performances accelerated to 530 MNodes/sec, or 120 times speed-up compared to a commercially available 3D-SCN TLM solver.

The past decade has seen a transition of Graphics Processing Units (GPUs) from special purpose graphics processors, to general purpose computational accelerators. GPUs have been investigated to utilize their highly parallel architecture to accelerate the computation of the Transmission Line Matrix (TLM) methods in two and three dimensions. The design utilizes two GPU programming languages, Compute Unified Device Architecture (CUDA) and Open Computing Language (OpenCL), to code the TLM methods for NVIDIA GPUs. The GPU accelerated two-dimensional shunt node TLM method (2D-TLM) achieves 340 million nodes per second (MNodes/sec) of performance which is 25 times faster than a commercially available 2D-TLM solver. Initial attempts to adapt the three-dimensional Symmetrical Condensed Node (3D-SCN) TLM method resulted in a peak performance of 47 MNodes/sec or7 times in speed-up. Further efforts to improve the 3D-SCN TLM algorithm, as well as investigating advanced GPU optimization strategies resulted in performances accelerated to 530 MNodes/sec, or 120 times speed-up compared to a commercially available 3D-SCN TLM solver.