Les vibrations de flexion des structures minces sont étroitement liées au rayonnement sonore et à l'endommagement des structures. Ainsi, des méthodes de modélisation des vibrations et des techniques d'amortissement sont indispensables dans divers domaines scientifiques et techniques. La première partie de la thèse traite du développement d'un modèle des vibrations de flexion de plaques minces polygonales excitées ponctuellement, basé sur la méthode des sources image. Celle-ci consiste à représenter les réflexions successives sur les bords de la plaque par des sources virtuelles, obtenues par symétries successives de la source d'origine. Le modèle développé permet de prédire les vibrations d'une plaque et d'un assemblage de plaques dont la géométrie et les conditions aux limites sont arbitraires. La particularité de la méthode est que la précision des simulations s'améliore avec la fréquence et l'amortissement structural, ce qui est contraire à la méthode des éléments finis ou aux méthodes dites modales. Un outil de mesure du module d'Young et du facteur d'amortissement de panneaux fortement amortis est également proposé. La deuxième partie de la thèse traite de l'amortissement des vibrations par l'effet de ``trou noir acoustique''. La célérité des ondes de flexion dépend de l'épaisseur de la structure dans laquelle elles se propagent. Ainsi, une onde se propageant dans une plaque d'épaisseur décroissante ralentit et, dans certaines conditions, peut s'arrêter complètement. Le coefficient de réflexion d'une telle structure étant nul en théorie, le phénomène porte le nom de trou noir acoustique. Un modèle est développé, permettant d'estimer les valeurs optimales des paramètres des matériaux utilisés afin de maximiser l'amortissement. Les résultats numériques, ainsi que des études expérimentales, montrent une réduction de niveau vibratoire atteignant 20 décibels. Une configuration alternative est également explorée, consistant à contrôler la célérité des ondes en modifiant le module d'Young de la structure. Pour ce faire, une poutre en polymère à mémoire de forme est soumise à un gradient thermique. Enfin, l'utilisation d'un gradient thermique sur une poutre à épaisseur décroissante montre une atténuation considérable du champ vibratoire.

Les agents de contraste ultrasonore (ACU) sont des microbulles de gaz contenues dans une enveloppe biocompatible. Injectés par voie intraveineuse, ils permettent d'améliorer le contraste échographique. La mise au point de nouvelles techniques d'imagerie utilisant les ACU nécessite une connaissance fine de leur comportement dynamique. Un état de l'art comparatif des modèles théoriques, illustrés de résultats numériques, a motivé une étude du caractère non linéaire des équations de Rayleigh-Plesset, Hoff, et Marmottant. Les courbes amplitude-fréquence, obtenues à l'aide du logiciel MANLAB suite à la mise sous forme quadratique des équations, révèlent le caractère mollissant d'un ACU et permettent de quantifier l'influence de l'amortissement visqueux et de l'amplitude de l'excitation acoustique sur la réponse d'un ACU. Un modèle éléments finis (COMSOL MultiphysicsTM) est ensuite proposé pour évaluer la fréquence de résonance d'un ACU (dont l'enveloppe est modélisée par un corps viscoélastique) placé soit dans un milieu fluide infini, soit dans un milieu fluide semi-infini (présence d'une paroi rigide). Les résultats obtenus en milieu infini sont en accord avec ceux issus des modèles théoriques, validant ainsi le modèle numérique. Des études paramétriques ont été effectuées afin d'étudier l'influence du rayon de l'objet et des paramètres de l'enveloppe sur la fréquence de résonance. En présence d'une paroi, il a été mis en évidence que plus l'ACU est proche de celle-ci, plus sa fréquence de résonance diminue. Ce comportement est confirmé par les résultats expérimentaux parus récemment dans la littérature.

Nous nous intéressons au cas de structures poutres vibrantes soumises à des précharges. Ces précharges influent sur les fréquences propres. Elles induisent un comportement non linéaire de la structure. L'attention est portée en particulier sur les poutres préchargées en rotation uniforme. Celles-ci subissent alors les effets des forces d'inertie centrifuge et aérodynamiques. Les effets rigidifiants augmentent la raideur en flexion des poutres et décalent les modes propres. Il apparaît alors une matrice de raideur géométrique, et une matrice de raideur cinétique dans le cas des poutres en rotation. Nous utilisons une méthode développée par D. GAY permettant une modélisation unidimensionnelle d'une structure réelle composite tridimensionnelle. Cette méthode s'appuie sur le concept d'homogénéisation avec prise en compte des effets de gauchissement. Des paramètres intégraux de déplacements et de rotation «moyens» de la section permettent alors la constitution d'un élément fini de poutre. Nous avons rédigé et mis au point le code de calculs correspondant, qui permet d'effectuer des calculs de fréquences et modes de poutres composites à ligne moyenne rectiligne avec des conditions aux limites variées en déplacement et en efforts. Afin de valider les outils informatiques développés, nous avons réalisé des vérifications expérimentales sur des poutres soumises à des précontraintes de traction et de flexion pure. Ces essais, menés conjointement aux calculs numériques ont montré une bonne corrélation

Ce travail permet, d'une part, de mieux appréhender l'étude du bruit magnétique des machines asynchrones et, d'autre part, de présenter une méthode permettant de le réduire en injectant un faible courant harmonique.<br />Le premier chapitre expose le phénomène, fait une synthèse des relations mécaniques et acoustiques existantes et les confronte avec des expériences pratiques.<br />Une méthode de calcul des harmoniques d'induction présents dans l'entrefer est développée dans le deuxième chapitre, ils sont responsables des forces de Maxwell à l'origine du bruit. Les relations obtenues sont valables pour un moteur à rotor bobiné ou à cage et permettent la détermination des harmoniques de courant rotorique et statorique. Elles sont comparées à celles données par d'autres auteurs qui négligent certains termes.<br />Les applications numériques présentées dans le troisième chapitre soulignent l'importance d'un phénomène qualifié de résonance de denture, responsable de courants rotoriques harmoniques importants et de bruit magnétique. Elles montrent également la validité de la théorie en comparant les résultats aux relevés pratiques.<br />Le dernier chapitre expose le principe de réduction active du bruit magnétique. Il consiste à injecter un faible courant harmonique créant une force qui s'oppose à celle à l'origine du bruit. Plusieurs montages sont proposés, permettant l'injection d'un courant supplémentaire dans une machine alimentée par le réseau. L'étude expérimentale permet de valider le procédé.

L'objectif de cette thèse est d'étendre une méthode de modification structurale pour la conception de dispositifs dissipatifs destinés à corriger durablement le comportement vibratoire de certaines structures. La première partie du travail pose les bases théoriques de la modélisation des structures amorties et plus particulièrement des structures viscoélastiques. Une étude de conception de structures amortissantes intégrant des matériaux viscoélastiques est ensuite réalisée sur un démonstrateur expérimental représentatif de structures qu'EDF envisage d'amortir. La réalisation de la modification dissipative permet d'en mesurer expérimentalement les performances, qui sont comparées à celles prédites par la modélisation numérique. Ce travail de conception numérique met en lumière les limites des méthodes classiques de conception dans le contexte imposé par EDF (modèle non recalé, structures complexes, accès aux mesures limité). La seconde partie consiste donc à utiliser une méthode de modification structurale adaptée pour prédire l'effet de la modification dissipative proposée dans cette thèse. La méthode choisie, basée sur une formulation modale du couplage, a déjà été éprouvée au sein d'EDF, dans un cadre de structures non ou faiblement amorties. L'ajout d'un terme d'amortissement et d'une dépendance fréquentielle du comportement (intrinsèque aux matériaux viscoélastiques) imposent quelques adaptations à la méthode. Une fois les évolutions apportées, la robustesse de la méthode est étudiée à travers quelques points sensibles de son application. L'utilisation de la modification précédemment conçue permet une validation expérimentale sur un cas relativement complexe.

Les effets des vibrations du corps d'un instrument de musique à vent sur le son qu'il produit, sont un sujet d'importance et peu étudié. Les vibrations mettent en jeu divers couplages vibroacoustiques : couplage conduit/fluide interne et couplage conduit/fluide externe. Ces deux mécanismes et leurs effets sont analysés.<br />Un modèle décrivant les couplages entre les vibrations d'un conduit cylindrique et la colonne d'air qu'il contient, permet d'aboutir à une expression de son impédance d'entrée acoustique, qui diffère du cas du conduit indéformable. Pour la plupart des cas d'instruments réels, les effets sont très faibles. Cependant, les couplages sont non négligeables lorsque le conduit présente un léger défaut de circularité, qui est toujours présent en pratique. La perturbation de l'impédance est maximisée lorsque la fréquence de résonance d'un mode mécanique du conduit, un mode d'ovalisation notamment, coïncide avec celle d'un des modes acoustiques de la colonne d'air. Les résultats théoriques sont confrontés à des mesures d'impédance d'entrée sur différents conduits vibrants, validant l'approche. Les sons musicaux produits par ces conduits, associés à des embouchures d'instruments de musique (bec de clarinette et embouchure de tuyau d'orgue), sont analysés. Les effets des vibrations de paroi, dépendant du niveau de perturbation de l'impédance d'entrée, vont d'une légère modification de timbre à des transitions d'un régime périodique "normal" vers un régime pseudo-périodique présentant des battements, non souhaité en situation musicale.<br />Le couplage conduit/fluide externe est exploré dans le cas d'un pavillon de trombone. Le rayonnement externe du pavillon sous excitation acoustique libre de vibrer diffère très légèrement du cas où ses vibrations sont amorties par du sable. Des différences de quelques décibels sont observées à des fréquences de résonance mécanique du pavillon, pour des modes de vibrations rayonnants, efficaces du point de vue du rayonnement acoustique.

La sécurité et la fiabilité sont des préoccupations de première importance lors du développement de structures tournantes. Afin de diminuer les possibilités de dysfonctionnement du fait des vibrations, les amortisseurs pas frottement représentent une technologie très utilisée. Dans les ensembles aubagés, l'amortissement par friction est situé entre les aubes, entre les aubes et le disque ou encore entre les aubes et des dispositifs situés sur les plateformes. Il est par conséquent utile de savoir comment prendre en compte ces phénomènes dans les études vibratoires.

Cette thèse porte sur la réduction du bruit audible d'origine magnétique émis par les machines asynchrones alimentées par modulation de largeur d'impulsion (MLI), et plus particulièrement par les moteurs de traction ferroviaire. <br /><br />Dans une première partie, une vue générale des travaux de modélisation vibro-acoustique des machines asynchrones et de leurs hypothèses est donnée. L'ensemble des règles de conception silencieuse existantes est présenté, et les effets des variables de conception du moteur et de l'onduleur sur le bruit sont rapportés, ainsi que les travaux portant sur la conception optimale des machines asynchrones.<br /><br />Ensuite, un modèle analytique complet du comportement vibro-acoustique et électrique du moteur est établi (DIVA). Des résultats de simulation sont présentés et validés par éléments finis, éléments frontières ou par test. La saturation, la MLI et la charge sont pris en compte dans le modèle. <br /><br />Enfin, une description analytique exhaustive des ondes principales de force magnétique est faite. Leurs caractéristiques (fréquence, sens de propagation, nombre de nœuds, amplitude) sont validées à l'aide de spectrogrammes et de déformées opérationnelles. A partir de cette analyse, de nouvelles règles de conception silencieuse sont établies.<br />Le modèle est ensuite couplé à un algorithme d'optimisation afin de concevoir un nouveau moteur à faible bruit magnétique respectant les caractéristiques de traction spécifiées, et deux prototypes de rotor sont conçus.<br /><br />Des essais sont réalisés sur un premier prototype, et un gain de 15 dB est observé en charge et en régime MLI. Le nouveau moteur atteint le couple spécifié sans accroître les pertes ni le courant de phase.

Nous avons développé de nouveaux concepts de fabrication de matériaux nanostructurés en couche mince basés sur le dépôt par ablation laser alterné d'un métal (Ag) et d'un diélectrique (Al2O3). Cette technique permet d'atteindre un contrôle optimal sur les paramètres morphologiques des nanostructures qui déterminent la réponse optique des couches minces. Nous avons produit des nanosphères, des nanolentilles et des nanocolonnes, auto-organisées et orientées, encapsulées dans une matrice d'alumine amorphe. Leur réponse optique a été étudiée en fonction de leur morphologie et comparée à des simulations théoriques. En parallèle à cette étude, la réponse vibrationnelle des nanostructures a été analysée par spectrométrie Raman basse fréquence. Finalement, des nanostructures contenant des couches alternées de nanoparticules de Co et d'Ag séparées par une distance de quelques nanomètres ont aussi été fabriquées. Il a été montré que l'interaction entre le plasmon de surface et les modes sphéroïdaux de vibration des nanoparticules active le signal Raman.

Mes travaux de recherche portent sur la modulation du frottement par des vibrations ultrasoniques générées au sein d'un contact solide en frottement sec. Une approche analytique basée sur les conditions de fretting entre solides élastiques associées à une sollicitation dynamique normale a permis de dégager les conditions de lubrification électroactive. Les fortes pressions de contact et les fréquences d'excitation élevées requises, nous orientent alors naturellement vers l'emploi d'actionneurs piézoélectriques. Sur le plan expérimental, une approche fondamentale sur tribomètre a été d'abord menée pour valider notre approche théorique. Si les applications potentielles de la lubrification électroactive sont nombreuses (actionneurs haptiques kinesthésiques, embrayage piézo électrique,. . . ), ces travaux ont été appliqués à la réduction des pertes par frottement dans un moteur à combustion interne sous l'impulsion du motoriste de Formule 1 ASIATECH.