Ces travaux de thèse visent à proposer un nouveau type de modulateur acousto-optique intégré exploitantdes ondes élastiques guidées à la surface du niobate de lithium. Ce matériau piézoélectrique permet en effet deréaliser des guides d’ondes optiques intégrés ainsi que des transducteurs à ondes élastiques efficaces. La modulationacousto-optique y reste cependant classiquement limitée par le recouvrement partiel des deux types d’ondes. J’aicherché à développer un nouveau type de guide d’ondes élastiques de surface exploitant les résonances d’épaisseurd’électrodes épaisses et permettant une meilleure exploitation de la conversion d’énergie électrique en énergieélastique dans les dispositifs intégrés.Dans un premier temps, j’ai développé un moyen de confiner l’énergie acoustique en surface afin de l’utiliserplus efficacement. Je me suis tourné vers la réalisation de transducteurs à peignes interdigités pour les ondes acoustiquesde surface permettant de confiner l’énergie qu’ils génèrent dans des électrodes à haut facteur de forme. Lacaractérisation de ces dispositifs a permis de démontrer un fort confinement de l’énergie mécanique, concomitantd’une absence de diffraction à la surface du matériau. Ces dispositifs acoustiques permettent ainsi un guidage del’énergie acoustique dans les trois dimensions de l’espace avec une largeur transverse aussi petite que la longueurd’onde.Dans un second temps, j’ai réalisé des modulateurs acousto-optiques utilisant les transducteurs précédents. Cesmodulateurs sont fondés sur un interféromètre de Mach-Zehnder dont un bras est soumis à l’interaction acoustooptique.Les expériences réalisées ont permis de montrer une modulation de l’onde optique aux fréquences de résonancedes transducteurs à haut facteur de forme. La transmission spectrale de ces interféromètres est par ailleurscannelée en raison d’une légère asymétrie des bras de l’interféromètre. Nous avons observé, à fréquence nulle, unfort décalage en longueur d’onde du spectre cannelé d’environ 20 nm. Ce décalage reste encore inexpliqué. / This thesis intended to propose a new kind of integrated acousto-optical modulator exploiting guided elasticwaves on the surface of a lithium niobate substrate. This piezoelectric material makes it possible to integrate opticalwaveguides as well as efficient elastic waves transducers. Classically, the acousto-optical modulation remainslimited by the partial overlap of the two kind of waves. I have sought to develop a new kind of surface elasticwaveguide exploiting the thickness resonances of thick electrodes allowing a better exploitation of electric energyto elastic energy conversion in integrated devices.First, I have developed a way to confine the acoustic energy at the surface to use it more efficiently. I turnedtowards the realization of interdigitated transducers for surface acoustic waves allowing to confine the generatedenergy in the high aspect ratio electrodes. The characterization of such devices allowed to demonstrate a strongconfinement of the mechanical energy at the surface of the material. These acoustic devices allowed for diffractionlessguiding of the acoustic energy in the three dimensions of space over a transverse width as small as thewavelength.The second part of this thesis was dedicated to the realization of acousto-optical modulators using the previoustransducers. These modulators are based on a Mach-Zehnder interferometer including one arm subjectd to theacousto-optical intercation. Due to a slight asymmetry of the interferometer arms, the spectrale transmission with awhite light source gives a channeled spectrum. Experiments have shown an optical wave modulation at resonancesfrequencies of the high aspect ratio transducers. We have observed, at zero frequency, a strong wavelength shift ofchanneled spectrum of about 20 nm. This shift remains unexplained.

Dans le domaine automobile, bien qu’assez élaborées, les approches actuellement mises en œuvre pour analyser et prédire l’état vibro-acoustique d’un véhicule ne sont pas encore représentatives de la complexité réelle des systèmes mis en jeu. Entre autres limitations, les spécifications pour la conception restent essentiellement basées sur des cas de chargement extrêmes, utiles pour la tenue des structures mais non représentatifs de l’usage client pour les prestations vibro-acoustiques. Un objectif principal est ainsi de construire des modèles probabilistes aptes à prendre en compte les usages client et les conditions de fonctionnement réelles, en même temps que les incertitudes structurelles du véhicule comme les dispersions en fabrication. Ces modèles sont destinés à maîtriser un domaine s’étendant jusqu’aux moyennes fréquences. Pour ce faire, quatre étapes sont proposées : (1) une modélisation générique du système mécanique constitué par un véhicule, cohérente avec les réponses dynamiques dont la prédiction est souhaitée par les ingénieurs automobile ; (2) l’estimation de l’ensemble des efforts qui s’appliquent sur ce système, pour une large plage de conditions de fonctionnement véhicule ; (3) l’analyse et la modélisation de ces efforts considérés comme fonctions des conditions de fonctionnement; (4) l’étude de l’application des efforts modélisés à une structure dont les fonctions de transfert ont été calculées par une méthode d’élément finis stochastique non-paramétrique. La réponse ainsi obtenue est une image bien plus fidèle des conditions de fonctionnement du véhicule et de ses incertitudes structurelles. Pour ces étapes, des algorithmes bayésiens ad hoc sont développés et mis en œuvre sur une importante base de données issue de projets automobiles. Le cadre bayésien est particulièrement utile dans ce travail pour prendre en compte toute connaissance a priori, notamment celle des experts véhicule, et pour facilement propager l’incertitude entre les différents niveaux du modèle probabilisé. Enfin, les méthodes d’analyse choisies ici se révèlent intéressantes non seulement pour la réduction effective des données, mais aussi pour aider la compréhension physique et l’identification des phénomènes dynamiquement dominants. / In the automotive domain, although already quite elaborate, the current approaches to predict and analyse the vibro-acoustic behaviour of a vehicle are still far from the complexity of the real system. Among other limitations, design specifications are still essentially based on extreme loading conditions, useful when verifying the mechanical strength, but not representative of the actual vehicle usage, which is instead important when addressing the vibro-acoustic performance. As a consequence, one main aim here is to build a prediction model able to take into account the loading scenarios representative of the actual vehicle usage, as well as the car structural uncertainty (due, for instance, to production dispersion). The proposed model shall cover the low and mid-frequency domain. To this aim, four main steps are proposed in this work: (1) the definition of a model for a general vehicle system, pertinent to the vibro-acoustic responses of interest; (2) the estimation of the whole set of loads applied to this system in a large range of operating conditions; (3) the statistical analysis and modelling of these loads as a function of the vehicle operating conditions; (4) the analysis of the application of the modelled loads to non-parametric stochastic transfer functions, representative of the vehicle structural uncertainty. To achieve the previous steps, ad hoc Bayesian algorithms have been developed and applied to a large industrial database. The Bayesian framework is considered here particularly valuable since it allows taking into account prior knowledge, namely from automotive experts, and since it easily enables uncertainty propagation between the layers of the probabilistic model. Finally, this work shows that the proposed algorithms, more than simply yielding a model of the vibro-acoustic response of a vehicle, are also useful to gain deep insights on the dominant physical mechanisms at the origin of the response of interest.

Le présent travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la caractérisation de l'émission de bruit des véhicules routiers. On désire identifier les sources de bruit d'un véhicule en mouvement, lors de son passage sur une voie de circulation en conditions réelles, à partir de mesures acoustiques effectuées à poste fixe en bord de voie. Les méthodes d'imagerie acoustique utilisées actuellement présentent des performances insuffisantes sur véhicules routiers. Un état de l'art a permis d’identifier une méthode existante, MSA-PSF, consistant à effectuer sous certaines hypothèses une déconvolution sur sources mobiles dans le domaine fréquentiel, et originellement utilisée en aéronautique. Cette méthode est ici adaptée au contexte des véhicules routiers. Dans un deuxième temps, une approche originale est introduite pour répondre spécifiquement aux contraintes de ce contexte : CLEANT. Il s’agit d’une méthode itérative, dans le domaine temporel avec une approche large bande, qui prend en compte les effets du déplacement des sources et qui comporte deux paramètres permettant d’affiner les résultats : le facteur de boucle et le critère d’arrêt. Une version filtrée en fréquence est également proposée et montre une amélioration de l’identification de sources secondaires dans certains cas. CLEANT présente l’avantage d’obtenir des signaux-sources temporels reconstruits, ouvrant la voie à d’autres analyses, en particulier l’utilisation de la cohérence avec des signaux issus de mesures embarquées pour la séparation des contributions de sources décorrélées. MSA-PSF et CLEANT sont évaluées sur des simulations numériques à l'aide d'indicateurs mesurant leurs performances sur les aspects localisation et quantification de sources. Elles sont par la suite testées expérimentalement en conditions contrôlées de laboratoire, par l'utilisation d'une source mobile. Cette expérience permet une première application à un cas pratique, impliquant un mouvement linéaire, la présence de deux sources simultanées et des signaux de différentes natures (tonale et large bande). Enfin, elles sont comparées à l’approche classique de formation de voies sur source mobile, dans le cadre d’une expérience avec véhicule en conditions réelles. L'approche originale CLEANT fournit des résultats très encourageants, représentant une amélioration de la formation de voies classique, notamment en basse fréquence sur les cas testés. L'application à un véhicule en conditions réelles illustre certains comportements potentiellement problématiques de CLEANT et les solutions apportées par sa version filtrée en fréquence ou par l'ajustement de ses différents paramètres. Un premier test des approches par référencement avec des signaux issus de mesures embarquées est également présenté pour discriminer l'origine physique des sources, et souligne l'incidence de la brièveté des signaux inhérente au contexte de sources au passage. / The study detailed in this manuscript is part of the effort to characterize the noise emission from road vehicles. We wish to identify the noise sources of a moving vehicle, when driven on a roadway in real-world conditions, with roadside acoustic measurements. The current acoustic imaging methods do not provide sufficient performance on road vehicles. A state of the art led to the selection of an existing method, MSA-PSF, which consists in deconvolving signals from mobile sources in the frequency domain under certain assumptions, and was originally developed for aeroacoustics. This method is adapted here to the context of road vehicles. Then, an original approach is proposed in order to tackle the specific constraints of this context: CLEANT. This is an iterative method, performed in time domain with a wideband approach, which takes into account the effect of sources motion and includes two parameters designed to refine the result: the loop factor and the stopping criterium. A further version of the algorithm, including a frequency filter, is also proposed and shows significant improvement in identifying secondary sources in some particular cases. An interesting point of CLEANT is the availability of the sources reconstructed time signals, which enables other types of analysis, especially the use of the coherence with signals from on-board measurements in order to separate the contributions of uncorrelated sources. MSA-PSF and CLEANT are evaluated with numerical simulations and a set of indicators to measure their source localization and quantification performance. They are then tested in a controlled laboratory conditions experiment, using a moving source. This experiment represents a first application of the methods to a practical case, involving a linear motion, two simultaneous sources and different kinds of signals (tone and wideband). They are finally compared to the classical approach of moving source beamforming, within the frame of an experiment on a road vehicle, in real-world conditions. The original approach CLEANT yields very encouraging results, and is a clear improvement from the conventional beamforming, especially at low frequency for the tested cases. Applying it to a road vehicle in real-world conditions highlights a potentially troublesome behavior of the method, and the solution brought by CLEANT's frequency filtered version, or by adapting its various parameters. The coherence with reference signals to discriminate the physical origins of the sources is also tested and underlines the role of the short duration of the signals related to the sources passing-by context.

L’étude présentée dans cette thèse se situe dans le domaine de l’acoustique modale des conduits avec des parois absorbantes et un écoulement moyen. Nous considérons une source de bruit en amont avec une fréquence fixe. Avec cela, nous étudions les modes propres acoustiques du conduit en terme de nombre d’onde qui sont présents.Avec cette étude, nous contribuons à la meilleure compréhension de la propagation du sondans ce type de configuration. Parmi les applications, il y a la réduction du bruit des moteurs des aéronefs.Une analyse numérique par la méthode pseudospectrale de collocation, sur la base de polynômes de Chebyshev, a été mise en ouvre pour obtenir le spectre des modes, dans un domaine transversal.Pour cela, deux programmes ont été utilisés : le programme FiEStA, qui a été développé dans le cadre de cette thèse, et qui résout les équations d’Euler linéarisées, en considérant un problème à une ou deux une ou deux dimensions. D’autre part, le programme MAMOUT, a été utilisé pour résoudre les équations de Navier-Stokes linéarisées, pour étudier plus spécifiquement les effets de la viscosité.Avec ces outils, on a constaté les effets de trois paramètres : lorsque le rapport d’aspect augmente, la densité des modes, en particulier des modes propagatifs, se développe également.Quand le nombre de Mach de l’écoulement moyen augmente, on observe les effets suivants sur les valeurs propres : un déplacement vers la partie réelle négative, une amplification de leur valeur absolue et un déplacement vers les modes d’indice inférieur. Le profil d’écoulement moyen induit aussi un déplacement dans les valeur propres, pas facilement prévisible. Il modifie également la forme des fonctions propres ; ce qui est notamment visible pour le mode d’onde plane. Les changements d’impédance induisent un échange cyclique de valeurs propres entre les valeurs de parois rigides des modes consécutifs. Avec certaines valeurs d’impédance, les modes acoustiques de paroi apparaissent. Ils sont caractérisés par la forme exponentielle de leurs fonctions propres.En plus des modes acoustiques, il existe des modes hydrodynamiques de surface qui se sont révélés avec quelques valeurs d’impédance et forme et nombre de Mach de l’écoulement moyen. Pour un ensemble de données de référence, ces modes ont été étudiés. L’impédance a été considérée avec un modèle basé sur des données de la littérature, tout comme le profil d’écoulement moyen.Un mode hydrodynamique a été trouvé. Avec certaines valeurs de la fréquence, l’ensemble des paramètres donne lieu à une instabilité. En utilisant le critère Briggs Bres pour la stabilité,l’instabilité a été jugée absolue.À partir du comportement des modes avec différentes valeurs de l’impédance, et conformément aux résultats publiés, nous avons défini la condition que le spectre doit remplir pour réduire autant que possible le bruit. C’est cela qu’on appelle l’impédance optimale. Nous avons calculé cette valeur pour différents fréquences et écoulements moyens. / The study presented in this thesis is within the domain of modal acoustics of lined ducts withgrazing flow. We consider an upstream source of noise with a fixed frequency, within a lined duct.From this, we study the eigenmodes in terms of wavenumber that are present in this system.With this study, we contribute to the better understanding of sound propagation in thedescribed configuration. Within its main applications, we can find the noise reduction fromaeroengines.A numerical analysis with the pseudospectral collocation method, based on Chebyshevpolynomials was used to obtain the spectrum of modes within the duct, in a domain transversalto the mean flow. For this, two programs were used: On one hand, within the frame of this thesis,the program FiEStA was developed. It solves the linearized Euler Equations, considering eitherone or two dimensions of the transversal plane. On the other hand, the already existing programMAMOUT was used for verification and to solve also the linearized Navier-Stokes Equations toobserve the effects of viscosity.With these tools, the first result was to notice the effects of three parameters: When theaspect ratio grows, the density of modes in the spectrum grows also. In particular, we havemore propagative modes. As the mean flow Mach number grows, we observe these effects on theeigenvalues: a displacement to the negative real part, a slight amplification of their absolute valueand a displacement towards the modes of lower index. The difference in mean flow profile inducesanother displacement in modes, not easily predictable. It changes also the shape of eigenfunctions,which is clearly seen for the planewave mode. The impedance changes induce a cyclic exchange ofeigenvalues from their hard wall value to the hard wall value of a consecutive mode. The changeof eigenfunction is gradually change in wavelength, to obtain the shape of the destination mode.With some impedance values, a pair of modes, called the acoustic surface modes arise. They arecharacterized by the exponential shape of their eigenfunctions.Besides these acoustic surface modes, there are also a pair of hydrodynamic surface modeswhich come to light with some values of impedance and shape and Mach number of the meanflow. With a benchmark data, these modes were studied. The impedance was considered from themodel of a measured liner while the mean flow profile was taken from experimental values. Withthis, the hydrodynamic mode was found. With specific values of frequency, the set of parametersgives rise to an instability. Using the Briggs-Bers criterion for stability, the instability was foundto be absolute for a given frequency.From the comportment of modes with different values of impedance, and in accordance withpublished results, we defined the condition that the spectrum has to fulfill to reduce as much aspossible the upstream noise. This is what we called the optimal impedance. We obtained it forseveral flow profiles and frequencies, in both 1D and 2D domains.

Dans un environnement naturel, le champ acoustique est complexe (plusieurs sources, différentes positions spatiales, acoustique du lieu,...) et l'écoute est binaurale. Le filtrage acoustique opéré par la tête, le buste et les pavillons de l'auditeur (dépendant de la direction) induit donc systématiquement des différences interaurales de temps, de niveau et de spectre. Des modèles de sonie existent et permettent de prédire la sonie des sons stationnaires dans des situations d'écoute simples (ISO-532B (1975), DIN-45631 (1990), ANSI-S3.4 (2007)). L'écoute doit être monaurale (une seule oreille) ou diotique (même son aux deux oreilles), correspondant à une source en incidence frontale en champ libre, ou en champ diffus. En revanche, ces modèles échouent pour prédire la sonie lorsque des différences interaurales importantes interviennent. La thèse s’est ainsi intéressée à la sonie des champs acoustiques stationnaires, impliquant une ou plusieurs sources, soit artificielles et spatialisées en champ libre, soit réelles dans une acoustique naturelle. De nouveaux éléments ont été apportés dans la compréhension dont l'information contenue dans les signaux reçus aux oreilles de l’auditeur est combinée pour former un unique percept de sonie binaurale dans les situations d’écoute dichotiques (gain de sommation binaural, cas de plusieurs sources, effet de la corrélation interaurale,…). D’une part, une hypothèse pour essayer d’expliquer les différences interindividuelles observées dans les stratégies de sommation binaurales a pu être testée ; la robustesse et la stabilité au cours du temps de ces stratégies individuelles a été mise en avant. D’autre part, trois principaux modèles psychophysiques de sonie binaurale (ANSI-S3.4 (2007), Moore et Glasberg (2007), Sivonen et Ellermeier (2008)) ont été testés sur l’ensemble des données expérimentales (impliquant différents niveaux de réalisme), permettant de préciser la performance et les domaines de validité respectifs de chacun de ces modèles dans des situations d’écoute fortement dichotiques. / Listening in a natural environment implies to consider complex sound fields (several sound sources, different spatial positions, reflections…) and a binaural listening configuration. As a consequence, differences in time, level and spectrum between the two at-ear signals are systematically induced by the direction-dependant physical filtering from the human head, torso and pinnae. Existing loudness models provide accurate predictions under simplified listening situations (ISO-532B (1975), DIN-45631 (1990), ANSI-S3.4 (2007)). These models have been designed to use monaural (only one ear) or diotic (same signal at the two ears) signals, equivalent to one sound source with a frontal incidence, in a free or diffuse field. However, the models fail to predict loudness when the interaural differences are large. The present document focuses on the loudness of stationary sound fields, made up of one or several, artificial or real sound sources, in a free field or in a real environment. New elements have been brought to light regarding how, in a dichotic listening situation, information is combined from the two ears to produce one unique binaural loudness percept (binaural gain, case of several sound sources, effect of interaural correlation,...). On the one hand, one hypothesis have been tested in order to try to explain the interindividual differences observed in binaural loudness summation ; the robustness and stability over time of these individual strategies have been highlighted. On the other hand, predictions from the three main psychophysical models of binaural loudness (ANSI-S3.4 (2007), Moore et Glasberg (2007), Sivonen et Ellermeier (2008)) have been compared with all of the subjective data (involving different levels of realism), which allowed us to define more accurately the domain of validity and performance of these models in highly dichotic listening situations.

Mes travaux de thèse s'intéressent à la voix émotionnelle dans un contexte d'interaction humain-robot. Dans une interaction réaliste, nous définissons au moins quatre grands types de variabilités : l'environnement (salle, microphone); le locuteur, ses caractéristiques physiques (genre, âge, type de voix) et sa personnalité; ses états émotionnels; et enfin le type d'interaction (jeu, situation d'urgence ou de vie quotidienne). A partir de signaux audio collectés dans différentes conditions, nous avons cherché, grâce à des descripteurs acoustiques, à imbriquer la caractérisation d'un locuteur et de son état émotionnel en prenant en compte ces variabilités.Déterminer quels descripteurs sont essentiels et quels sont ceux à éviter est un défi complexe puisqu'il nécessite de travailler sur un grand nombre de variabilités et donc d'avoir à sa disposition des corpus riches et variés. Les principaux résultats portent à la fois sur la collecte et l'annotation de corpus émotionnels réalistes avec des locuteurs variés (enfants, adultes, personnes âgées), dans plusieurs environnements, et sur la robustesse de descripteurs acoustiques suivant ces quatre variabilités. Deux résultats intéressants découlent de cette analyse acoustique: la caractérisation sonore d'un corpus et l'établissement d'une liste "noire" de descripteurs très variables. Les émotions ne sont qu'une partie des indices paralinguistiques supportés par le signal audio, la personnalité et le stress dans la voix ont également été étudiés. Nous avons également mis en oeuvre un module de reconnaissance automatique des émotions et de caractérisation du locuteur qui a été testé au cours d'interactions humain-robot réalistes. Une réflexion éthique a été menée sur ces travaux. / This thesis deals with emotional voices during a human-robot interaction. In a natural interaction, we define at least, four kinds of variabilities: environment (room, microphone); speaker, its physic characteristics (gender, age, voice type) and personality; emotional states; and finally the kind of interaction (game scenario, emergency, everyday life). From audio signals collected in different conditions, we tried to find out, with acoustic features, to overlap speaker and his emotional state characterisation taking into account these variabilities.To find which features are essential and which are to avoid is hard challenge because it needs to work with a high number of variabilities and then to have riche and diverse data to our disposal. The main results are about the collection and the annotation of natural emotional corpora that have been recorded with different kinds of speakers (children, adults, elderly people) in various environments, and about how reliable are acoustic features across the four variabilities. This analysis led to two interesting aspects: the audio characterisation of a corpus and the drawing of a black list of features which vary a lot. Emotions are ust a part of paralinguistic features that are supported by the audio channel, other paralinguistic features have been studied such as personality and stress in the voice. We have also built automatic emotion recognition and speaker characterisation module that we have tested during realistic interactions. An ethic discussion have been driven on our work.

Cette thèse est une étude de l'applicabilité des profileurs acoustiques Doppler horizontaux (H-ADCP) pour le suivi des flux d'eau et de matières en suspension (MES) dans les rivières. Plus d'un an de données acquises avec des H-ADCP de 300, 600 et 1200 kHz sur quatre sites, sur le Rhône, l'Isère et la Saône, avec des géométries et des conditions de forçage contrastées sont analysées. Les résultats montrent qu'une profondeur de section limitée peut poser problème en raison de la diffusion d'une partie de l'énergie acoustique par la surface libre. De plus, quand l'intensité rétrodiffusée par les particules est trop faible, les mesures de vitesse sont sous-estimées ou plus dispersées par rapport aux mesures de référence. Des relations de vitesse indice sont toutefois établies en fonction de l'intensité et de la concentration afin de corriger les vitesses. La concentration en MES est déterminée à partir de l'atténuation acoustique qui est importante pour des suspensions concentrées de limons (> ~100 mg/L). Les constantes d'atténuation sont obtenues par calage sur des mesures de turbidité~; elles sont proches des valeurs théoriques calculées pour les distributions granulométriques des particules primaires. Les mesures acoustiques de concentration sont en bon accord avec les mesures de référence et reproduisent finement la dynamique temporelle. En outre, l'évolution de la granulométrie est étudiée à partir des mesures multi-fréquences d'atténuation sous l'hypothèse que les distributions granulométriques sont lognormales. Cette étude montre qu'une fois que les conditions limites pour des mesures fiables sont bien établies, le H-ADCP est un outil performant pour le suivi des flux d'eau et de MES dans les rivières, surtout pendant des périodes de fortes concentrations telles que des crues. / The work investigates the feasibility of using horizontal acoustic Doppler current profilers (H-ADCPs) to monitor fluxes of water and suspended sediment in rivers. Year-long data sets acquired with H-ADCPs operating at 300, 600 and 1200 kHz at four sites with varying geometries and flow forcing conditions on the Rhône, Saône and Isère rivers are analyzed. Findings show that limited depth can pose a problem due to scattering of a fraction of the acoustic energy from the air-water interface. A second problem arises when the backscattered intensity from the suspended sediment is too weak; this leads to underestimation or higher variability of the velocity estimates compared to reference values. Nevertheless, index-velocity relationships are established as a function of concentration and intensity in order to correct the velocity measurements. Concentrations of suspended sediment can be determined from the acoustic attenuation, which is substantial for silt-sized particles at concentrations > ~100 mg/L. Attenuation constants obtained by comparison with turbidity data are in good agreement with the theoretical values calculated for the measured grain size distributions of the primary particles. The acoustic measurements of concentration are in good agreement with reference methods in terms of both amplitude and temporal resolution. Grain size is determined from multi-frequency attenuation data, accounting for lognormal grain size distributions. Our findings show that once the limits of accurate velocity measurements are well established for a given site and instrument, the side-looking ADCP can be a valuable tool for monitoring concentration and changes in grain size throughout high concentration events such as floods.

Le domaine des métamatériaux acoustiques connaît un succès grandissant depuis maintenant une vingtaine d’années, notamment en raison de phénomènes exotiques aux perspectives d’applications plus que prometteuses : « l’invisibilité » acoustique en est l’exemple le plus manifeste. Dans cette thèse, nous présentons des métamatériaux acoustiques à résonances locales, et qui permettent de générer aussi bien de l’opacité que de la transparence acoustique. C’est plus particulièrement le couplage entre résonateurs de différentes formes qui est l’objet de nos investigations. Notre étude nous a permis de comprendre que la diffraction est l’une des principales limitation à l’omnidirectionalité des performances d’opacité, que nous avons caractérisé au moyen d’un banc ultrasonore motorisé. Un tel phénomène de diffraction est dû à la présence d’un réseau, et nous proposons dans notre étude des solutions qui permettent de dépasser cette limitation. A partir de cette étude, nous avons ainsi pu transposer au domaine sonore les résultats obtenus pour les ultrasons, ce qui nous a permis de réaliser deux principaux types de dispositifs : des métamatériaux acoustiques aux fonctions de réflecteur d’une part et d’absorbant basses fréquences d’autre part. Enfin, l’étude en homogénéisation de ce type de structure a aussi révélé un effet de densité effective quasi-nulle, dont les applications vont du contrôle de front d’onde, à la furtivité acoustique. De tels résultats offrent un potentiel d’application dans de nombreux champs, que ce soit pour le bâtiment ,l’automobile, l’aéronautique, ou l’acoustique sous-marine. / For more than twenty years now, Acoustic Metamaterials are experiencing a growing success, partlydue to exotic phenomena and their wide variety of extremely promising applications: “InvisibilityCloak” is the most vivid example of this. In this thesis, we report on designs of locally resonantacoustic metamaterials, that enable us to generate both sound opacity and transparency. It is moreparticularly coupling between resonators having different forms which is the focus of our work.This study permit us to understand that diffraction is one of the main limitation of omnidirectionalcapabilities involving locally resonant perforated plates, as supported by experimental investigationsrealized using a motorized ultrasonic set-up. We proposed solutions to overcome such a limitation,in the case where the opacity mechanism uses diffraction gratings. From this, we transposed theresults obtained in ultrasonic frequencies to the audible range, which permits us to develop twomain kinds of acoustic devices based on metamaterials: broadband reflectors and low-frequencyabsorbers. Finally, homogenization study of such structures revealed an effect of density near-zero,with applications from shaping wave front, to acoustic furtiveness. Such results paves the way forpromising applications in various field, including construction, automotive and aeronautical industries,submarine acoustics and so on.

L’âge moyen de la population française et européenne augmente, cette constatation apporte de nouveaux enjeux techniques et sociétaux, les personnes âgées étant les personnes les plus fragiles et les plus vulnérables, notamment du point de vue des accidents domestiques et en particulier des chutes. C’est pourquoi de nombreux projets d’aide aux personnes âgées : techniques, universitaires et commerciaux ont vu le jour ces dernières années. Ce travail de thèse a été effectué sous convention Cifre, conjointement entre l’entreprise KRG Corporate et le laboratoire BMBI (Biomécanique et Bio-ingénierie) de l’UTC (Université de technologie de Compiègne). Elle a pour objet de proposer un capteur de reconnaissance de sons et des activités de la vie courante, dans le but d’étoffer et d’améliorer le système de télé-assistance déjà commercialisé par la société. Plusieurs méthodes de reconnaissance de parole ou de reconnaissance du locuteur ont déjà été éprouvées dans le domaine de la reconnaissance de sons, entre autres les techniques : GMM (Modèle de mélange gaussien–Gaussian Mixture Model), SVM-GSL (Machine à vecteurs de support, GMM-super-vecteur à noyau linéaire – Support vector machine GMM Supervector Linear kernel) et HMM (Modèle de Markov caché – Hidden Markov Model). De la même manière, nous nous sommes proposés d’utiliser les i-vecteurs pour la reconnaissance de sons. Les i-vecteurs sont utilisés notamment en reconnaissance de locuteur, et ont révolutionné ce domaine récemment. Puis nous avons élargi notre spectre, et utilisé l’apprentissage profond (Deep Learning) qui donne actuellement de très bon résultats en classification tous domaines confondus. Nous les avons tout d’abord utilisés en renfort des i-vecteurs, puis nous les avons utilisés comme système de classification exclusif. Les méthodes précédemment évoquées ont également été testées en conditions bruités puis réelles. Ces différentes expérimentations nous ont permis d’obtenir des taux de reconnaissance très satisfaisants, les réseaux de neurones en renfort des i-vecteurs et les réseaux de neurones seuls étant les systèmes ayant la meilleure précision, avec une amélioration très significative par rapport aux différents systèmes issus de la reconnaissance de parole et de locuteur. / The average age of the French and European population is increasing; this observation brings new technical and societal challenges. Older people are the most fragile and vulnerable, especially in terms of domestic accidents and specifically falls. This is why many elderly people care projects : technical, academic and commercial have seen the light of day in recent years. This thesis work wasc arried out under Cifre agreement, jointly between the company KRG Corporate and the BMBI laboratory (Biomechanics and Bioengineering) of the UTC (Université of Technologie of Compiègne). Its purpose is to offer a sensor for sound recognition and everyday activities, with the aim of expanding and improving the tele-assistance system already marketed by the company. Several speech recognition or speaker recognition methods have already been proven in the field of sound recognition, including GMM (Modèle de mélange gaussien – Gaussian Mixture Model), SVM-GSL (Machine à vecteurs de support, GMM-super-vecteur à noyau linéaire – Support vector machine GMM Supervector Linear kernel) and HMM (Modèle de Markov caché – Hidden Markov Model). In the same way, we proposed to use i-vectors for sound recognition. I-Vectors are used in particular in speaker recognition, and have revolutionized this field recently. Then we broadened our spectrum, and used Deep Learning, which currently gives very good results in classification across all domains. We first used them to reinforce the i-vectors, then we used them as our exclusive classification system. The methods mentioned above were also tested under noisy and then real conditions. These different experiments gaves us very satisfactory recognition rates, with neural networks as reinforcement for i-vectors and neural networks alone being the most accurate systems, with a very significant improvement compared to the various speech and speaker recognition systems.

Mes travaux de thèse portent sur la construction de conditions aux limites absorbantes (CLAs) pour des problèmes de propagation d'ondes posés dans des milieux limités par des surfaces régulières. Ces conditions sont nouvelles car elles prennent en compte non seulement les ondes proagatives (comme la plupart des CLAs existantes) mais aussi les ondes évanescentes et rampantes. Elles sont donc plus performantes que les conditions existantes. De plus, elles sont facilement implémentables dans un schéma d'éléments finis de type Galerkine Discontinu (DG) et ne modifie pas la condition de stabilité de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Ces CLAs ont été implémentées dans un code simulant la propagation des ondes acoustiques ainsi que dans un code simulant la propagation des ondes en régime harmonique. Les comparaisons réalisées entre les nouvelles conditions et celles qui sont les plus utilisées dans la littérature montrent que prendre en compte les ondes évanescentes et les ondes rampantes permet de diminuer les réflexions issues de la frontière artificielle et donc de rapprocher la frontière artificielle du bord de l'obstacle. On limite ainsi les coûts de calcul, ce qui est un des avantages de mes travaux. De plus, compte tenu du fait que les nouvelles CLAs sont écrites pour des frontières quelconques, elles permettent de mieux adapter le domaine de calcul à la forme de l'obstacle et permettent ainsi de diminuer encore plus les coûts de calcul numérique. / In my PhD, I have worked on the construction of absorbing boundary conditions (ABCs) designed for wave propagation problems set in domains bounded by regular surfaces. These conditions are new since they take into account not only propagating waves (as most of the existing ABCs) but also evanescent and creeping waves. Therefore, they outperform the existing ABCs. Moreover, they can be easily implemented in a discontinuous Galerkin finite element scheme and they do not change the Courant-Friedrichs-Lewy stability condition. These ABCs have been implemented in two codes that respectively simulate the propagation of acoustic waves and harmonic waves. The comparisons performed between these ABCs and the ABCs mostly used in the litterature show that when we take into account evanescent and creeping waves, we reduce the reflections coming from the artificial boundary. Therefore, thanks to these new ABCs, the artificial boundary can get closer to the obstacle. Consequently, we reduce the computational costs which is one of the advantages of my work. Moreover, since these new ABCs are written for any kind of boundary, we can adapt the shape of the computational domain and thus we can reduce again the computational costs.