Ce mémoire de thèse présente le développement de la méthode «statistical modal energy distribution analysis (SmEdA)» pour des systèmes vibro-acoustiques couplés. Cette méthode de calcul est basée sur le bilan énergétique dans des sous-systèmes fermés couplés, comme une structure ou une cavité. L’interaction entre de tels systèmes est décrite par des couplages entre les modes. La version initiale de SmEdA prend en compte seulement les modes qui ont une fréquence propre dans le bande d’excitation. Le travail présenté ici étudie l’effet des modes non résonants sur la réponse et identifie les cas dans lesquels un tel effet devient important. L’introduction des modes non résonants permet d’utiliser la méthode SmEdA dans des cas d’applications plus larges. En outre, une nouvelle méthode de post-traitement a été développée pour calculer des distributions d'énergie dans les sous-systèmes. Finalement, une nouvelle méthode d'approximation pour la prise en compte des modes de systèmes de grandes dimensions ou mal définis a été formulée. Toutes ces méthodes ont été comparées avec d’autres méthodes de calcul via des exemples académiques et industriels. Ainsi, la nouvelle version de SmEdA incluant le post-traitement pour obtenir des distributions d'énergie a été validé et les avantages et possibilités d'applications sont montrés. / This dissertation presents the further development of the statistical modal energy distribution analysis (SmEdA) for vibro-acoustic coupled problems. This prediction method is based on the energy balance in bounded coupled subsystems, like a structure or a cavity. The interaction between such subsystems is described by mode-to-mode coupling. The original SmEdA formulation takes into account only the modes having the eigenfrequencies within the excitation band. The present work investigates the effect of non resonant modes to the response and identifies cases in which such an effect becomes important. The inclusion of non resonant modes has thus resulted in a new SmEdA formulation which can be used in extended applications. Furthermore, a new post-processing method has been developed to predict energy distribution within subsystems. Finally a novel approximation method for handling modes of huge or ill-defined systems has been formulated. All these methods have been compared to other prediction methods via academic and industrial examples. In this way, the extended SmEdA approach including the post-processing for energy distribution has been validated and its advantages and application possibilities have been demonstrated.

Dans le cadre de la lutte en mer, la détection acoustique des structures immergées s’effectue généralement sur des signaux stationnaires. Une nouvelle génération de sonars permet de détecter sur des signaux transitoires. Ceci implique de compléter le processus de conception des projets industriels qui ne tient compte d’exigences qu'en matière de bruits rayonnés en régime stationnaire. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes de transfert des sources de bruit transitoires sur les structures immergées. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre et consiste à étudier les mécanismes de transfert vibratoire et de rayonnement acoustique qui peuvent intervenir sur ces structures lorsque l’excitation est transitoire. L’analyse porte sur différents éléments de la chaine de transfert : le rayonnement dans l’eau du bordé, la diffraction des ondes par les raidisseurs, et le comportement résonnant des structures internes supportant les matériels. Le premier chapitre présente une analyse bibliographique autour de l’étude des phénomènes vibroacoustiques transitoires des structures immergées, de l’influence d’un fluide lourd sur le comportement vibroacoustique des plaques, et des méthodes de calcul vibroacoustiques en régime transitoire. Dans le second chapitre nous étudions la réponse transitoire d’une plaque infinie immergée soumise à une force impulsionnelle ponctuelle. La méthode de calcul s’appuie sur les calculs spectraux fréquences-nombre d’onde. Les réponses temporelles sont obtenues par transformées de Fourier inverses. L’analyse des spectres et des réponses temporelles de l’accélération vibratoire de la plaque et de la pression rayonnée, met en évidence l’influence de la présence du fluide. La prise en compte de l’inertie rotationnelle et du cisaillement à travers le modèle de plaque de Mindlin-Timoshenko est également étudiée. Ces résultats sont confrontés à une expérimentation présentée dans le troisième chapitre. La structure étudiée est une plaque rectangulaire posée horizontalement à la surface d’une cuve remplie d’eau. Deux types de sources transitoires sont utilisés : marteau de choc, lâché d’une bille. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux montre que l’on retrouve certains phénomènes évoqués précédemment. L’effet des raidisseurs sur le rayonnement acoustique fait l’objet du quatrième chapitre. Une plaque raidie périodiquement dans une direction est considéré. L’influence des ondes de Bloch-Floquet sur la réponse temporelle est étudiée. Les résultats sont comparés à des mesures effectuées sur une barge d’essais. Dans le cinquième chapitre, l’effet des structures internes est étudié à partir d’un modèle de plaque couplé à un système résonnant constitué d’un assemblage poutre-plaque. La méthode des inertances est utilisée pour obtenir les forces de couplage entre les différents éléments. Les signaux temporels sont étudiés en fonction de l’importance de la rupture d’inertance entre la plaque et l’assemblage. / In the sea, the acoustic detection of other battle engines is done by detecting mostly stationary signals. However, new types of detection systems are being developed, and are able to detect and to analyze transient signals. Therefore, the industrial conception process needs to be improved, so that the underwater vehicles transient noises can be taken in account. In order to do so, the mechanism of vibroacoustic transfer of transient sources of submerged structures has to be understood. The object of this thesis is then the study of the mechanism of vibration transfer and acoustic radiation of those structures when they are excited by transient sources. The shell radiation in the water, the wave diffraction by circumferential stiffeners and the resonant behavior of internal substructures are analyzed. The first chapter presents the bibliographical study of three themes: the study of transient phenomenon of submerged structures, the influence of heavy fluid coupling on vibroacoustic behavior of plates, and the different calculation methods in transient vibroacoustics. In the second chapter, we study the transient response of a submerged infinite plate excited by an impulsively point force. First, the calculations are done in the wavenumber-frequency domain. Then the spatio-temporal responses are obtained using inverse Fourier transforms. The discretization of wavenumber and frequency domains and the damping model are studied. The analysis of frequency and time responses of the plate vibration and the radiated pressure enable us to observe the influence of heavy fluid coupling. Besides the Mindlin-Timoshenko plate model is also used and the effect of rotation inertia and shear stress are studied. In the third chapter, these numerical results are confronted to experimental data, obtained experimentally. The studied structure is a rectangular plate lying on the surface of a water tank. Two different excitations are used: an impact hammer and the free fall of a steel ball. The study of the correlation between numerical and experimental results showed that some phenomena are observed in both cases. The influence of stiffeners on the acoustic radiation is the theme of the fourth chapter. An infinite plate which is periodically stiffened through one direction is considered. The effect of Bloch-Floquet waves on time response is studied. Numerical results are compared to measurements data obtained on an industrial submerged structure. In the fifth chapter, the effect of internal structures is analyzed by modelling an infinite plate coupled to a resonant system made of a beam and a rectangular finite plate. The inertance coupling method is used to obtain the coupling forces between the different substructures. Influence of inertance difference between the substructures is illustrated by the time signals.

La reconstruction de champ source a pour but d’identifier le champ d’excitation en mesurant la réponse du système. Pour l’Holographie acoustique de champ proche (Near-field Acoustic Holography), la réponse du système (pression acoustique rayonnée) est mesurée sur un hologramme bidimensionnel utilisant un réseau de microphones et le champ source (le champ de vitesse acoustique) est reconstruit par une technique de rétropropagation effectuée dans le domaine des nombres d’ondes. L’objectif des travaux présentés est d’utiliser le même type de techniques pour reconstruire le champ de déplacement sur toute la surface d’une plaque en mesurant les vibrations sur des hologrammes à une dimension (lignes de mesures). Dans le domaine vibratoire, l’équation du mouvement de plaque implique la présence de 4 types d’ondes différents, deux étant purement évanescents. Ces derniers peuvent introduire des instabilités dans l’application de la méthode, notamment lorsque les hologrammes sont placés dans le champ lointain des efforts appliqués à la structure. La méthode présentée ici, appelée ”Holographie Vibratoire”, est particulièrement intéressante quand une mesure directe du champ de vitesse est impossible. L’holographie vibratoire permet également de séparer les sources dans le cas d’excitations multiples en les considérant comme des ondes allers ou retours. Il est alors possible d’isoler l’influence de chaque source et de quantifier notamment les champs d’intensités structurales que chacune d’elles génère. L’objectif de cette thèse est de présenter les principes de l’holographie Vibratoire, ses limites, ses applications et de les illustrer par des exemples sur plaque infinie, plaque appuyée et sur des résultats expérimentaux. / The source field reconstruction aims at identifying the excitation field measuring the response of the system. In Near-field Acoustic Holography, the response of the system (the radiated acoustic pressure) is measured on a hologram using a microphones array and the source field (the acoustic velocity field) is reconstructed with a back-propagation technique performed in the wave number domain. The objective of the present works is to use such a technique to reconstruct displacement field on the whole surface of a plate by measuring vibrations on a one-dimensional holograms. This task is much more difficult in the vibratory domain because of the complexity of the equation of motion of the structure. The method presented here and called "Structural Holography" is particularly interesting when a direct measurement of the velocity field is not possible. Moreover, Structural Holography decreases the number of measurements required to reconstruct the displacement field of the entire plate. This method permits to separate the sources in the case of multi-sources excitations by considering them as direct or back waves. It’s possible to compute the structural intensity of one particular source without the contributions of others sources. The aim of this PHD is to present the principles of Structural Holography, its limits, its applications and illustrate them with examples of infinite plate, supported plate and on experimental results.

Notre thèse vise à étudier les conséquences d’une ablation totale ou partielle de la glande thyroïde suite à un dysfonctionnement thyroïdien, suivie ou non d’un traitement radiothérapique, et ce dans le domaine de la phonétique clinique. Ce type d’intervention perturbe généralement le système de production de la parole et conduit parfois à une dégradation de la qualité vocale de façon permanente (moins de 5% des cas) ou passagère. Le travail se veut une contribution aux recherches menées en linguistique et phonétique cliniques, plus particulièrement dans le cadre de l’analyse de faits compensatoires ou de réajustements mis en place par des patients, suite à une perturbation provoquée au niveau du fonctionnement de leur système phonatoire. Le travail a été effectué en collaboration avec le Groupe Hospitalier Saint-Vincent, et plus particulièrement avec la Clinique Sainte-Anne de Strasbourg, où se trouve le département de chirurgie thyroïdienne. Notre étude est longitudinale puisque nous avons suivi une cohorte de patients opérés de la glande thyroïde durant une année au moins, à raison d’une acquisition de données acoustiques et aérodynamiques par mois, l’examen post-opératoire ayant révélé ou non une lésion de la mobilité des plis vocaux. Nous avons étudié les possibles stratégies de compensation ou de réajustement que les patients ont pu mettre en place seuls ou à l’aide d’une rééducation orthophonique, et ce afin d’évaluer la flexibilité du système de production de la parole. Il s’agit donc d’étudier la flexibilité du système de production et de perception de la parole et de tenter de comprendre ce système à partir d’un dysfonctionnement d’origine pathologique. Il est ainsi question de déterminer les limites des déviations physiques imposées par les exigences linguistiques de clarté du système de perception de la parole. Par les différentes investigations que nous avons menées, nous avons tâché de rendre compte de la viabilité possible des unités phonétiques et phonologiques perceptivement stables, malgré une variabilité omniprésente dans le substrat physique, articulatoire, physiologique et acoustique. Une attention particulière est accordée aux dimensions sociétales liées à la qualité de vie (fatigue vocale, satisfaction des productions linguistiques, considération de soi, etc.). / Our thesis aims at studying the consequences of total or partial removal of the thyroid gland due to thyroid dysfunction, followed or not by a radiotherapy treatment, in the field of clinical phonetics. This type of intervention usually perturbs the speech production system and sometimes leads to permanent (less than 5% of cases) or transient degradation of voice quality. The work intends to be a contribution to research carried out in clinical linguistics and phonetics, more particularly in the area of compensatory or readjustment phenomena developed by patients, following perturbation provoked in their phonatory system. The work was carried out in collaboration with the Group Saint-Vincent Hospital, and more particularly with the Clinique Sainte-Anne of Strasbourg, within the department of thyroid surgery. Our study is longitudinal since we have followed a cohort of patients, who underwent thyroid gland surgery, for at least one year, acquiring acoustic and aerodynamic data every month, the postoperative examination having revealed or not a lesion in the mobility of the vocal folds. We have studied possible compensation or readjustment strategies that patients were able to deploy by themselves or with the help of speech therapy, in order to assess the flexibility of the speech production system. The purpose is thus to evaluate the flexibility of the speech production and perception system and to try to understand how this system works based on a specific dysfunction of pathological origin. It is thus a question of determining the limits of physical deviations imposed by linguistic requirements of clarity of the speech perception system. Through the various investigations that we have conducted, we have tried to account for possible viability of perceptually stable phonetic and phonological units, despite an omnipresent variability in the physical, articulatory, physiological and acoustic substrate. Particular attention is paid to societal dimensions related to quality of life (vocal fatigue, satisfaction of linguistic productions, self-esteem, etc.).

L’imagerie acoustique est une technique performante pour la localisation et la reconstruction de puissance des sources acoustiques en utilisant des mesures limitées au réseau des microphones. Elle est largement utilisée pour évaluer l’influence acoustique dans l’industrie automobile et aéronautique. Les méthodes d’imagerie acoustique impliquent souvent un modèle direct de propagation acoustique et l’inversion de ce modèle direct. Cependant, cette inversion provoque généralement un problème inverse mal-posé. Par conséquent, les méthodes classiques ne permettent d’obtenir de manière satisfaisante ni une haute résolution spatiale, ni une dynamique large de la puissance acoustique. Dans cette thèse, nous avons tout d’abord nous avons créé un modèle direct discret de la puissance acoustique qui devient alors à la fois linéaire et déterminé pour les puissances acoustiques. Et nous ajoutons les erreurs de mesures que nous décomposons en trois parties : le bruit de fond du réseau de capteurs, l’incertitude du modèle causée par les propagations à multi-trajets et les erreurs d’approximation de la modélisation. Pour la résolution du problème inverse, nous avons tout d’abord proposé une approche d’hyper-résolution en utilisant une contrainte de parcimonie, de sorte que nous pouvons obtenir une plus haute résolution spatiale robuste à aux erreurs de mesures à condition que le paramètre de parcimonie soit estimé attentivement. Ensuite, afin d’obtenir une dynamique large et une plus forte robustesse aux bruits, nous avons proposé une approche basée sur une inférence bayésienne avec un a priori parcimonieux. Toutes les variables et paramètres inconnus peuvent être estimées par l’estimation du maximum a posteriori conjoint (JMAP). Toutefois, le JMAP souffrant d’une optimisation non-quadratique d’importants coûts de calcul, nous avons cherché des solutions d’accélération algorithmique: une approximation du modèle direct en utilisant une convolution 2D avec un noyau invariant. Grâce à ce modèle, nos approches peuvent être parallélisées sur des Graphics Processing Unit (GPU) . Par ailleurs, nous avons affiné notre modèle statistique sur 2 aspects : prise en compte de la non stationarité spatiale des erreurs de mesures et la définition d’une loi a priori pour les puissances renforçant la parcimonie en loi de Students-t. Enfin, nous ont poussé à mettre en place une Approximation Variationnelle Bayésienne (VBA). Cette approche permet non seulement d’obtenir toutes les estimations des inconnues, mais aussi de fournir des intervalles de confiance grâce aux paramètres cachés utilisés par les lois de Students-t. Pour conclure, nos approches ont été comparées avec des méthodes de l’état-de-l’art sur des données simulées, réelles (provenant d’essais en soufflerie chez Renault S2A) et hybrides. / Acoustic imaging is an advanced technique for acoustic source localization and power reconstruction using limited measurements at microphone sensor array. This technique can provide meaningful insights into performances, properties and mechanisms of acoustic sources. It has been widely used for evaluating the acoustic influence in automobile and aircraft industries. Acoustic imaging methods often involve in two aspects: a forward model of acoustic signal (power) propagation, and its inverse solution. However, the inversion usually causes a very ill-posed inverse problem, whose solution is not unique and is quite sensitive to measurement errors. Therefore, classical methods cannot easily obtain high spatial resolutions between two close sources, nor achieve wide dynamic range of acoustic source powers. In this thesis, we firstly build up a discrete forward model of acoustic signal propagation. This signal model is a linear but under-determined system of equations linking the measured data and unknown source signals. Based on this signal model, we set up a discrete forward model of acoustic power propagation. This power model is both linear and determined for source powers. In the forward models, we consider the measurement errors to be mainly composed of background noises at sensor array, model uncertainty caused by multi-path propagation, as well as model approximating errors. For the inverse problem of the acoustic power model, we firstly propose a robust super-resolution approach with the sparsity constraint, so that we can obtain very high spatial resolution in strong measurement errors. But the sparsity parameter should be carefully estimated for effective performance. Then for the acoustic imaging with large dynamic range and robustness, we propose a robust Bayesian inference approach with a sparsity enforcing prior: the double exponential law. This sparse prior can better embody the sparsity characteristic of source distribution than the sparsity constraint. All the unknown variables and parameters can be alternatively estimated by the Joint Maximum A Posterior (JMAP) estimation. However, this JMAP suffers a non-quadratic optimization and causes huge computational cost. So that we improve two following aspects: In order to accelerate the JMAP estimation, we investigate an invariant 2D convolution operator to approximate acoustic power propagation model. Owing to this invariant convolution model, our approaches can be parallelly implemented by the Graphics Processing Unit (GPU). Furthermore, we consider that measurement errors are spatially variant (non-stationary) at different sensors. In this more practical case, the distribution of measurement errors can be more accurately modeled by Students-t law which can express the variant variances by hidden parameters. Moreover, the sparsity enforcing distribution can be more conveniently described by the Student's-t law which can be decomposed into multivariate Gaussian and Gamma laws. However, the JMAP estimation risks to obtain so many unknown variables and hidden parameters. Therefore, we apply the Variational Bayesian Approximation (VBA) to overcome the JMAP drawbacks. One of the fabulous advantages of VBA is that it can not only achieve the parameter estimations, but also offer the confidential interval of interested parameters thanks to hidden parameters used in Students-t priors. To conclude, proposed approaches are validated by simulations, real data from wind tunnel experiments of Renault S2A, as well as the hybrid data. Compared with some typical state-of-the-art methods, the main advantages of proposed approaches are robust to measurement errors, super spatial resolutions, wide dynamic range and no need for source number nor Signal to Noise Ration (SNR) beforehand.

La localisation de source Distribuée Cohérente (DC) présente un défi du traitement d'antenne. Les contributions de cette thèse s’articulent principalement autour de trois aspects. Premièrement, un estimateur conjoint de l'angle, la distance, la dispersion et la forme de la source appelée JADSSE est proposé pour le cas champ proche. L’estimation d’un paramètre de forme de distribution de la dispersion permet d’éviter des erreurs de modèles sur l’a priori de la forme de la distribution. Deuxièmement, on généralise l'estimateur Decoupled DSPE en champ proche. Cette approche permet de découpler l'estimation de la Direction D’Arrivée (DDA) et de la distance de l'estimation de la dispersion. Afin de permettre l’estimation de la dispersion sans connaître a priori les formes de distribution, on propose le DADSSE qui consiste à estimer successivement la DDA, la distance et ensuite la dispersion et la forme de la distribution de la source. Troisièmement, on généralise le modèle DC avec une dispersion spatiale bidimensionnelle de la source ainsi que l’estimateur JADSSE. Deux approches sont proposées pour l’estimation de la puissance prenant en compte le modèle d’étalement des sources. Les méthodes proposées sont testées sur les données expérimentales de la soufflerie de Renault. Les résultats mettent en évidence des sources aéro-acoustiques proches et de faibles puissances. L’ensemble de ces travaux permet de fournir un outil pour une meilleure cartographie et caractérisation des sources aéro-acoustiques grâce à l’estimation de la position, l'étalement, la puissance et la forme. / Localization of Coherently Distributed (CD) source presents a challenge in the array signal processing. Our work motivates the localization of aero-acoustic source based on its spatial extension. This challenge is practically ignored in the literature of acoustic imaging field where many applications consist in mapping noisy source to reduce its contribution. The thesis presents the three following contributions. First, we propose a Joint Angle, Distance, Spread and Shape Estimator called JADSSE. The estimation of the so-called spread shape distribution parameter proposed by JADSSE avoids the modeling error due to the required a priori knowledge on the source shape when using classical estimators. Second, we expand the Decoupled DSPE to the near field. This method decouples the Direction of Arrival (DoA) and the range estimation from the spread estimation. Meanwhile, this method prevents the spread estimation for unknown shape distribution. Therefore, we propose the DADSSE to successively estimate the DOA, the range and then the spread and the shape distribution of the source. Third, we generalize the CD model and the JADSSE to consider the bi-dimensional spread of the source. Next, we propose two source power estimation approaches accounting the spatial spread of the source. The proposed methods are tested using a set of experimental data of the Renault wind tunnel application. Results show the presence of new aero-acoustic sources especially the overlapped ones with weak powers. We provide a tool to better map and characterize the aero-acoustic source by estimating the position, spread, power and shape.

Le trafic maritime est le principal contributeur des bruits sous-marins anthropique : depuis les années 1970, l’augmentation du trafic maritime hauturier a provoqué dans certaines zones une augmentation du bruit ambiant de plus de 10 dB. En réponse à cette préoccupation, la Directive Cadre pour la Stratégie pour le Milieu Marin (DCSMM) recommande un suivi acoustique. Peu d’études s’intéressent à l’activité côtière et aux bruits rayonnés par les petites embarcations ainsi qu’à leurs conséquences sur la faune marine alors que ces environnements côtiers sont les pourvoyeurs de 41.7 % des services écosystémiques produits par les océans.A mi-chemin entre le monde académique et le monde industriel, le travail présenté aux différents questions scientifiques et industrielles sur la thématique du trafic côtier, en termes de l’étude de son influence dans le paysage acoustique et de capacité à détecter et classifier les embarcations côtières.En l’absence d’information sur le trafic maritime côtier, un protocole d’identification visuelle par traitement d’images GoPro® produisant les mêmes données que l’AIS (position, vitesse, taille et type d’embarcation) est proposé et permet la création de carte du trafic maritime sur un disque de 1.6km de rayon. D’un point de vue acoustique, le trafic est caractérisé par deux descripteurs acoustiques, le SPL lié à la distance du bateau le plus proche et l’ANL caractérisant le nombre de bateaux dans un disque de 500 m de rayon. Le suivi spatio-temporel de ces descripteurs permet d’identifier l’impact du trafic maritime dans le paysage acoustique des environnements côtiers. La détection et la classification sont réalisées après caractérisation individuelle du bruit par un ensemble de paramètres acoustiques et par l’utilisation d’algorithmes d’apprentissage supervisé. Un protocole spécifique pour la création de l’arborescence de classification est proposé par comparaison des données acoustiques aux caractéristiques physiques et contextuelle de chaque bateau.Les travaux présentés sont illustrés sur la flottille d’embarcations côtières présente dans la baie de Calvi (Corse) durant la saison estivale. / Marine traffic is the main contributor to anthropogenic underwater noise: since the 1970s, the increase in deep-sea shipping has increased the ambient noise by more than 10 dB in some areas. In response to this concern, the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) recommends acoustic monitoring. Few studies are concerned with coastal activity and the noises radiated by small craft while these coastal environments are the purveyors of 41.7% of the ecosystem services produced by the oceans.Between the academic and the industrial world, this PhD was to answer the different scientific and industrial questions on the topic of the coastal traffic in terms of the influence in the soundscape and the detection and classification of the coastal craft.Without information on the coastal maritime traffic, a visual identification protocol is proposed using GoPro® images processing and produced the same data as the AIS (position, speed, size and type of craft); It allows to create maritime traffic maps on a disk of 1.6km radius. The traffic is characterized by two acoustic descriptors: the SPL linked to the distance of the nearest boat and the ANL linked to the number of boats present in a 500 m radius disc. The spatiotemporal monitoring of these descriptors allows to identify the impact on the maritime traffic on the coastal acoustic landscape. The acoustic detection and the classification are performed after individual characterization of the noise by a set of acoustic parameters and using of supervised machine learning algorithm. A specific protocol for the creation of the classification tree is proposed by comparing the acoustic data with the physical and contextual characteristics of each boat.The methods are applied on the flotilla of coastal boats present in the Bay of Calvi (Corsica) during summer.

La propagation des ondes acoustiques ou élastiques dans un milieu fini à faible atténuation se traduit par des signaux mesurés de longue durée (réverbération). Dans les techniques de contrôle non destructif et imagerie conventionnelles, seuls les premiers paquets d’ondes sont ordinairement exploités et l’information potentiellement contenue dans les codas de réverbération est alors perdue. Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif d’exploiter le comportement d’ensemble des codas enregistrées dans des structures de type plaques, afin d’extraire le maximum d’information à partir d’un nombre limité de capteurs et traitement simple. Nous avons développé des modèles statistiques permettant de prévoir le comportement des ondes acoustiques réverbérantes dans une plaque (sous la forme de moyennes d’ensemble), à partir d’un ensemble limité de paramètres accessibles expérimentalement. Ainsi, il est montré que les moyennes des enveloppes, des corrélations ou de l’intégrale dite de Schroeder des signaux de réverbération reçus par quelques points contiennent des informations potentiellement utiles sur les propriétés structurelles du milieu, des sources ou des défauts. Après une validation numérique et expérimentale des modèles, des applications potentielles sont présentées telles que l’estimation de propriétés structurelles d’une plaque ou la localisation d’une source. La particularité de ces estimations est qu’elles ne nécessitent pas de mesure de temps, ni de synchronisation entre les capteurs, ce qui pourrait autoriser une implémentation avec peu de ressources embarquées. Ce type de méthode pourrait également être utilisé pour caractériser un défaut dans une structure réverbérante, de façon éventuellement complémentaire aux techniques classiques de CND et contrôle-santé de structures. / The propagation of acoustic and elastic waves in a finite media with low attenuation leads to measured signals of long durations (reverberation). In conventional techniques for non-destructive testing and imaging, only the first wave packets are usually exploited, and the information potentially contained in reverberation codas is lost. The work presented in this thesis aims to exploit the overall behavior of codas recorded in plate-like structures, in order to extract the maximum information from a limited number of sensors and simple processing. We have developed statistical models to predict the behavior of reverberant acoustic waves in a plate (in the form of ensemble-averages), from a limited set of experimentally accessible parameters. Thus, it is shown that theoretical expressions for the mathematical expectations of the envelopes, the correlation functions or the so-called Schroeder’s integral of reverberant signals received at some points contain potentially useful information about the structural properties of the medium, the sources or the defects. After numerical and experimental validation, potential applications are presented, such as the estimate of structural properties of a plate or source location. In addition, these techniques do not require any time measurement or even trigger synchronization between the input channels of instrumentation, thus implying low hardware constraints. Such methods could also be used to characterize a defect in a reverberant structure and can be considered as complementary to conventional NDT techniques and structural health monitoring.

Les instabilités paramétriques non linéaires (NL) ont été observées sur les ondes magnéto-élastiques dans le cas d’un couplage de trois quasi-phonons sous pompage électromagnétique. La théorie en prédit une dynamique supercritique explosive, mais limitée expérimentalement par le décalage de fréquence dû aux fortes nonlinéarités. La dynamique supercritique des instabilités paramétriques NL est étudiée dans deux matériaux antiferromagnétiques "plan facile" (AFEP): l’hématite α-Fe2O3 et le borate de fer FeBO3. Ces matériaux possèdent une très grande NL acoustique effective en raison du couplage magnéto-élastique élevé. Les mécanismes de limitation de la dynamique explosive ont été analysés à l'aide de l'approximation anharmonique. La compensation du décalage fréquentiel NL par une modulation de phase singulière du pompage a été proposée et théoriquement vérifiée, puis utilisée pour l’observation expérimentale de la dynamique supercritique explosive des excitations de trois quasi-phonons dans les résonateurs magnéto-élastiques. Les études sur FeBO3 ont été réalisées dans la gamme de température 77 K - 293 K où les paramètres magnéto-élastiques du cristal varient de façon significative. Un modèle fortement non linéaire des excitations de trois quasi-phonons dans les AFEPs a été développé. Les simulations numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux. Les études théoriques de couplage de trois ondes magnéto-élastiques progressives ont été effectuées sur la base de modèles théoriques prenant en compte la non-linéarité cubique des cristaux AFEP réels. Les simulations numériques prévoient un comportement explosif et une localisation spatiale des triades générées / Recently discovered nonlinear parametric instabilities occur when nonlinear parameter of a system is modulated. These instabilities were reported on magnetoelastic waves as three quasi-phonon coupling under electromagnetic pumping. Theoretical studies predicted supercritical explosive dynamics of these instabilities. Experimentally such singular behavior is limited by strong nonlinear frequency shift.Presented work studies supercritical dynamics of nonlinear parametric instabilities in two easy plane antiferromagnets (AFEP): hematite α-Fe2O3 and iron borate FeBO3. These materials possess unprecedented effective acoustic nonlinearity due to high magneto-elastic coupling. Limiting mechanisms of explosive dynamics were analyzed with the help of anharmonic approximation. Nonlinear frequency shift compensation via singular pumping field phase modulation was suggested and theoretically approbated. This technique was successfully used for experimental observation and investigation of supercritical explosive dynamics of three quasi-phonon excitations in magnetoelastic resonators. Iron borate studies were performed in the temperature range 77 K – 293 K where magnetoelastic parameters of the crystal vary essentially. Strongly nonlinear model of three quasi-phonon excitations in AFEPs was developed. Numerical simulations of the model showed good agreement with experimental results.Theoretical studies of three travelling magnetoelastic waves coupling are performed on the basis of suggested theoretical models that take into account cubic nonlinearity of real AFEP crystals. Numerical simulations of the models suggest explosive behavior and spatial localization of generated triads

Ce travail porte sur l’étude de matériaux micro/nano structurés permettant l’ingénierie des structures de bande dans le domaine des ondes élastiques. Nous nous sommes intéressés en particulier à l’intégration de ces matériaux dans les dispositifs électro-acoustiques et l’étude de l’interaction avec les ondes acoustiques de surface.La démarche consiste à mener des simulations par la méthode des éléments finis, pour calculer les structures de bande et les spectres de transmission. Nous avons étudié l’effet des paramètres géométriques et élastiques des micro-plots sur les branches acoustiques représentant les modes de surface. Nous avons ensuite discuté l’effet de la symétrie de l’arrangement sur la polarisation des modes de surface. Nous avons également étudié l’effet de la symétrie sur la sensibilité des modes de surface à une variation de température.Sur le plan expérimental, Nous avons élaboré des transducteurs inter-digités sur un substrat piézoélectrique de LiNbO3. Nous avons intégré divers cristaux phononiques composés de micro-plots de Ni, obtenues par électrodéposition. Les spectres de transmission ont été mesurés à l’aide d’un analyseur de réseau et comparés aux résultats theoriques.En dehors des cristaux phononiques basés sur des plots du nickel, d’autres structures ont également été présentées dans ce travail, incluant des matériaux bidimensionnels à base de nanoparticules magnétiques auto-assemblées et des nanofils du nickel électrodéposés à travers des membranes nano-poreuses d’alumine. / This work concerns the study of micro/nano structured materials for the engineering of band structures in the field of elastic waves. We were interested in particular to the integration of these materials in electro-acoustic devices and the study of the interaction with the surface acoustic waves.The approach is to carry out the simulation using the finite element method to calculate the band structures and the transmission spectra. We studied the effect of geometrical and elastic parameters of micro-pillars on acoustic branches representing surface modes. Then we discussed the effect of the symmetry of the arrangement on the polarization of the surface modes. We also investigated the effect of the symmetry on the sensitivity of surface modes with the variation of temperature.Experimentally, we have developed interdigital transducers on a piezoelectric substrate of LiNbO3. We have fabricated various phononic crystals composed of nickel micro-pillars, obtained by electrodeposition. The transmission spectra were measured by a network analyzer and compared with the theoretical results.Besides the phononic crystals based on nickel pillars, some other periodic micro/nano structures were also involved in this work, such as two dimensional materials based on self-assembled magnetic nanoparticles and nickel nanowires electroplated through nano-porous alumina membranes.