L'imagerie à travers les milieux turbides comme le brouillard, les tissus, les colloïdes, etc. répond à plusieurs besoins de la vie courante. L'imagerie à travers de tels milieux diffusants est un défi auquel peuvent répondre les nouveaux systèmes d'imagerie, la théorie de l'information et l'étude des lois de transport de la lumière dans les milieux aléatoires. La thèse est divisée en deux parties adressant deux modalités d'imagerie différentes, à savoir : l'imagerie de contraste polarimétrique et l'imagerie modulée en intensité. Dans les deux cas, des systèmes d'imagerie en temps réel sont proposés et mis au point. Leurs performances sont évaluées à la fois théoriquement et expérimentalement. Dans la première partie de la thèse, une caméra polarimétrique à deux canaux instantanés conçue autour d'un prisme de Wollaston est utilisée pour imager de manière optimale une source de lumière polarisée noyée dans un brouillard. Une expérience en situation réelle a été mise en place à proximité du campus de Beaulieu à Rennes. La source est placée sur une tour de télécommunication située à plus d'un kilomètre du système imageant. Les données acquises dans diverses conditions météorologiques montrent que l'efficacité de cette caméra polarimétrique dépend de la corrélation du bruit de fond dans les deux images initiales. Ceci a été confirmé grâce à une analyse fondée sur la théorie de l'information qui montre que le contraste polarimétriques maximal est obtenu par une combinaison linéaire des deux canaux polarimétriques dont la pondération dépendant de la corrélation du bruit de fond dans les deux canaux. Un système de détection, intégrant cette représentation polarimétrique optimale, a été développé pour explorer de bout en bout les capacités offertes par l'imagerie polarimétrique à deux canaux à travers le brouillard. Ces études trouvent des applications directes dans le transport par temps dégradé, y compris pour l'aide à l'atterrissage d'aéronefs. Dans la même logique, la deuxième partie de la thèse porte sur l'apport de la modulation d'intensité plein champ pour imager les photons balistiques dans les milieux diffusants. En utilisant de concert la théorie de la diffusion et la théorie de l'information, nous avons pu montrer que, pour un budget de photons donné, il existait une fréquence de modulation minimale pour laquelle le filtrage de photons balistique devient efficace. Cette fréquence dépend des propriétés de diffusion du milieu intermédiaire et se trouve être dans la gamme du MHz en situation réelle. L'imagerie en temps réel à de telles fréquences étant un vrai défi, nous avons proposé un système de démodulation plein champ inédit basé sur l'utilisation d'un cristal électro-optique. Ce système d'imagerie, dont nous avons breveté le principe, est en mesure de démoduler avec une caméra standard une scène en temps réel et en plein champ à des fréquences de plusieurs MHz (voire GHz) sans synchronisation de phase. Un prototype de ce système a été développé permettant de confirmer qu'il était robuste, portable et rentable. Le travail présenté dans cette thèse ouvre la voie à la mise en œuvre de systèmes d'imagerie de pointe fonctionnant dans des situations réelles, allant de l'imagerie biomédicale, à la sécurité. / Imaging through turbid media like fog, tissues, colloids etc. has various applications in real-life situations. The problem of imaging through such scattering media presents a challenge that can be addressed by using novel imaging schemes, information theory and laws of light transport through random scattering media. The thesis is divided into two parts corresponding to two different imaging modalities, namely, polarimetric contrast imaging and intensity modulated light imaging. In both the cases, advanced imaging systems, capable of imaging in real-time are used and their performances are evaluated both theoretically and experimentally. In the first part of the thesis, a two-channel, snapshot polarimetric camera, based on a Wollaston prism is used to attain optimal imaging of polarized light source through fog. An original outdoor experiment is setup in the vicinity of the campus Beaulieu in Rennes, France, where a source is placed on a telecommunication tower more than a kilometer away from the imaging system. Data acquired in various weather conditions show that the efficiency of the two-channel polarimetric camera depends on the background noise correlation in the two images. Further, this was confirmed using an information theoretical analysis, which showed that a polarimetric contrast maximizing image representation is a linear combination of the two polarimetric images whose weights depend on the background noise correlation. Based on the derived optimal polarimetric representation, a detection scheme was presented, leading to an end-to-end study of two-channel polarimetric imaging through fog that may be useful in transport applications like aircraft landing/taxiing in degraded weather. The second part of the thesis deals with intensity modulated light and its potential for ballistic photon imaging through scattering media. First, using the diffusion theory of photon transport and information theory, it was shown that for a given photon budget, ballistic imaging can be achieved for a minimum modulation frequency that depends on the scattering properties of the intervening medium. In real-life situation, the minimum frequency can be in the range of MHz. Real-time imaging at these frequencies is a challenge. Hence, a novel demodulation camera system based on electro-optics was proposed and patented. The imaging system is capable of real-time, full-field demodulation at frequencies of several MHz (potentially, in GHz as well), without requiring a phase synchronized source. A prototype of the imaging system was developed and shown that a demodulation camera based on the proposed design is robust, portable and cost-effective. Finally, the work presented in this thesis pave way for implementation of advanced imaging systems in real-life situations, varying from biomedical imaging to transport safety.

Nous étudions de manière expérimentale un cas d’interaction fluide/structure entre une fibre élastique et un milieu granulaire dense proche du jamming. Dans notre dispositif expérimental horinzontal, un milieu granulaire bidimensionnel, aléatoire et dense est en interaction avec une fibre élastique encastrée. L'extrémité encastrée de cette fibre est en translation par rapport aux grains tandis que son extrémité libre fait initialement face au flux de grains dans une géométrie de pénétration, avant de se défléchir par interaction avec les grains. Les paramètres de contrôle de notre système sont la compacité du milieu granulaire, la longueur et la rigidité de la fibre. Notre dispositif nous permet de mesurer la déformée de la fibre, les efforts que les grains exercent sur la fibre, notamment la force de traînée et de suivre les réorganisation du milieu granulaire. Sous certaines conditions expérimentales, nous avons observé que ce système présente plusieurs régimes d'évolution. A faible et à forte déflexions de la fibre, le système connaît une évolution stochastique, liée à la nature aléatoire du milieu granulaire : respectivement de petites fluctuations de la fibre autour de sa position d'équilibre et des événements brusques de balayage de la fibre en flexion associés à des avalanches granulaires. La transition entre ces deux régimes est associée à une brisure de symétrie qui affecte tant la fibre que le milieu granulaire. Dans une première partie, nous étudions comment la déflexion de la fibre est influencée par les paramètres de contrôle, en particulier par l'écart au jamming. Dans une seconde partie, nous montrons qu'une asymétrie de densité se développe dans le milieu granulaire lorsque la fibre est suffisamment défléchie. Dans une troisième partie, nous tentons de comprendre l'évolution des forces mesurées à l'aide de simulations numériques de l'Elastica sur une poutre sous chargement. Enfin, nous proposons un modèle de compaction des grains par la fibre qui est en bon accord avec l'évolution expérimentale du système. Une application de cette thèse est la compréhension des mécanismes de pénétration d'une racine ou d'une tige dans un sol granulaire. / We study experimentally a fluid/structure interaction between an elastic fiber and a dense granular medium near the jamming transition. In our horizontal setup, a bidimensionnal and dense random packing is interacting with a clamped elastic fiber. The clamped end of the fiber is in translation relative to the the grains while the free end faces initially the grain flux in a penetration geometry before being deflected by grain/fiber interactions. The control parameters of our system are the packing fraction of the medium, the length and the rigidity of the fiber. Our setup allows us to measure the deflected shape of the fiber, the forces exerted by the grains on the fiber (including the drag force) and to follow the reorganizations of the granular medium. Under some experimental conditions, we observed that this system exhibits several regimes of evolution. For low and large fiber deflections, the system evolves stochastically as a consequence of the random nature of the granular medium : respectively small fluctuations of the fiber around its equilibrium position and sudden events of unlozding of the fiber in flexion associated to granular avalanches. The transition between those two regimes is associated with a symmetry breaking that affects the granular medium as well as the fiber. In a first part, we study how the fiber deflection is influenced by the control parameters, particularly by the distance to jamming. In a second part, we show that a packing fraction asymmetry appears in the granular medium when the fiber is deflected enough. In a third part, we try to understand the evolution of the measured forces using numerical simulations of the Elastica on a constrained beam. Finally, we propose a model of compaction of the grains by the fiber that is in a good aggreement with the experimental evolution of the system. An application of this thesis is the understanding of the mechanisms involved in the penetration of a root or a beam in a granular soil.

Cette thèse est consacrée à l’étude du drainage dans des micromodèles de milieu poreux. Les techniques classiques de microfluidique (verre, PDMS) sont utilisées pour la réalisation de poreux modèles 2D de type grille. Des techniques de traitement de surface permettent de faire varier les conditions de mouillage. Le mouillage total, pseudo-partiel et partiel est étudié. Des méthodes d’analyse d’images sont développées afin de quantifier les vitesses locales lors de l’invasion du milieu poreux, vitesses qui sont ensuite comparées aux vitesses imposées. Ces données mettent en évidence avant percolation des comportements très différents selon la nature du mouillage. Un modèle permet de rendre compte des phénomènes observés. Nous expliquons pourquoi l’évolution après la percolation diffère selon la nature du mouillage. Enfin, l’influence de la rhéologie du fluide pousseur est abordée, celle d’un balayage initial à l’eau à très faible nombre capillaire également. / Drainage experiments in model porous media are performed. Our 2D micromodels consist of a regular network; they are made in glass or in PDMS. The wetting properties of the chip vary from total, pseudo-partial to partial wetting. Experiments are performed under flow rate control. Taking advantages of microfluidic devices, local velocities of the injected fluid are measured. The average of all these local velocities is compared to the velocity imposed by the syringe pump. Before percolation, the invasion percolation process for all wetting cases is studied. Depending on the wetting properties, several behaviours are observed. We develop a model to explain our experimental data. After percolation, the effects of wetting are huge; we explain why oil could remain trapped or not. Finally, we consider the influence of rheology by injecting non Newtonian liquids as pushing fluids, and also the effects of preferential paths.

Une des solutions visant à atténuer le changement climatique est le stockage géologique de CO2 dans des aquifères salins ou des réservoirs de pétrole - ou de gaz - en fin de vie. L'étanchéité des puits d'injection de CO2 doit cependant être garantie pour des durées séculaires. En théorie, le ciment coulé après le forage du puits entre le cuvelage en acier et la formation rocheuse a pour vocation de rétablir l'étanchéité naturelle entre les différentes couches géologiques traversées par le puits. Une fois pris, le ciment constitue une interface de quelques centimètres d'épaisseur entre la roche et le cuvelage. Cette interface cimentaire apparaît comme le point le plus critique vis-à-vis de l’étanchéité et du confinement CO2. En effet, le CO2 injecté étant sec et sous pression, la zone « proche puits » au niveau du point d'injection va s'assécher progressivement et s'étendre vers le toit du réservoir au fur et à mesure que le CO2 est injecté. L’interface se retrouve alors soumise à de fortes sollicitations hydriques induisant un séchage et de fortes contraintes mécaniques (réservoir de CO2). On s'attend donc à ce que ces contraintes engendrées par les incompatibilités de déformation entre les différents matériaux et les pressions d'injection soient par conséquent à l'origine d'une fissuration le long de l'interface et dans la zone proche puits. Dans ce contexte, nous nous intéressons à la manière dont le formalisme de la poromécanique doit être étendu en utilisant une approche énergétique de la mécanique de la rupture pour décrire ces phénomènes induit par l'injection de fluide sous pression dans un milieu poreux confiné. L’idée originale de cette démarche est de pouvoir décrire des écoulements couplés dans un milieu poreux élastique déformable et endommageable induits par une action combinée des gradients hydrauliques et de pressions imposés simultanément. Ce modèle devrait permettre une bonne compréhension, ainsi qu'une analyse théorique, de la physique mise en jeu dans ces processus complexes de transport pouvant provoquer la dégradation d’une structure. L’implémentation numérique s'appuie sur une discrétisation éléments finis standard et sur l’adaptation d’un modèle d'eigenerosion pour simuler l’apparition de fissures. / Underground carbon dioxyde (CO2) storage operation in deep geological formation like saline aquifers or gas reservoirs is considered to be a prospective solution to reduce the emission of greenhouse gases into the atmosphere. However CO2 sealing injection has to be assured for centuries. Once setting, the cement is a few centimeters thickness interface between the rock and the casing. This cementeous interface appears as the most critical point for the sealing and containment of CO2. A continuous stream of CO2 being injected into reservoir rock formation will cause in a region around the injection water desaturation and drying shrinkage of the reservoir and the cement paste and potentially hydraulic fracture. Therefore, the moisture balance with the CO2 reservoir induces water desaturation and drying shrinkage. Some local stresses are then expected because of the strain incompatibility between the cement and the steel casing and the high pressures levels. These stresses may result in a cracking process along the interface and in a secondary cracks network. In this context, we investigate how the poromechanical theory should be extended using a energy approach framework to describe the fracture mechanic induced by the fluid injection in a porous medium. The original idea of this approach consists in deriving the poro-mechanical equations introducing explicitly the multiphase flow. This model, aims at describing coupled flows in a damageable elastic porous medium, due to the combined influence of hydraulic and pressure gradients simultaneously imposed. The numerical implementation is based on a standard finite element discretization and adaptation of a eigenerosion model to simulate cracking.

Suite à l’utilisation massive et peu contrôlée des pesticides au LIBAN et conformément auxexigences des législations fixées par les réglementations nationales, européennes etinternationales sur la qualité de l’eau, des programmes de surveillances nationaux ont étéélaborés afin d’évaluer la qualité de l’eau dans les milieux aquatiques libanais et de jauger lesimpacts écologiques et sanitaires liés à la présence éventuelle de pesticides dansl’environnement au Liban.Dans le cadre de ces programmes de surveillance, des prélèvements périodiques ponctuelssont réalisés mais, le suivi permanant dans le temps d’une contamination étendue est trèsdifficile ce qui impose alors la multiplication des prélèvements dans le temps et dansl’espace. L’apparition récente des échantillonneurs intégratifs comme alternativesintéressantes aux techniques d’échantillonnage déjà existantes semblent relativement plusefficaces et mieux représentatifs du point de vue économique et environnemental. Ilspermettent d'effectuer un suivi moyenné sur de longues périodes d'observation allant dequelques jours à plusieurs semaines associé à une simplicité d'usage et une réduction descoûts.Le POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) est le type d’échantillonneur adoptédurant nos travaux de thèse afin d’étudier l’applicabilité de ces POCIS au dosage des résidusde pesticides dans les milieux aquatiques libanais. Cent-neuf molécules appartenant àdifférentes familles de pesticides fréquemment utilisés par les agriculteurs libanais ont étéretenues pour l’étude. Les cinétiques d’adsorption des molécules sur les POCIS et celle de ladésorption des composés références de performance « PRC » ont été suivies par calibrationin-situ ou au laboratoire soit en flux statique ou en flux continu sous différentes conditionsayant une influence sur la rétention des pesticides.Le coefficient d’échantillonnage Rs (L.j-1) spécifique à chaque molécule, nécessaire au calculde la concentration moyenne dans le milieu d’exposition du POCIS, a été déterminé dans lesdivers milieux d’étude : Eau minérale, eau de robinet et eau de rivière. Les cinétiquesd’adsorption des molécules ont également été élaborées afin d’évaluer la durée optimaled’implantation dans les différents milieux aquatiques.Après validation du système d’échantillonnage au laboratoire, son efficacité a été vérifiée surle terrain, les POCIS ont été testés in-situ sur divers sites appartenant aux différentes régionsagricoles libanaises (Estuaire de la rivière Ibrahim, Lac Qaraoun, et Rivière Hasbani). Lesconcentrations moyennes de la totalité des pesticides ciblés ont été estimées et leurs valeursont été comparées avec celles obtenues par prélèvements actifs. Cependant, pour le futur, desétudes élaborées devraient être entreprises afin de couvrir la majorité des molécules activesde pesticides employés au Liban; il faudrait également essayer d’améliorer la reproductibilitédes POCIS pour les analyses quantitatives par l’incorporation de nouveaux composésréférences de Performance (PRC) ou par calibration in-situ systématique pour les différentssites étudiés. / Following the massive uncontrolled use of pesticides in Lebanon and to satisfy therequirements of legislative frameworks and directives concerning water quality, nationalmonitoring programs have been developed in order to evaluate the water quality in theaquatic Lebanese media and to evaluate the environmental and health impacts associated withthe presence of these nominated pesticides in the Lebanese aquatic environment.In this context, monitoring programs rely on collecting discrete grab, spot or bottle samplesof water at a given time providing only a snapshot of the levels of pollutants at the time ofsampling. However, the continuous monitoring using active sampling of this widespreadcontamination is very difficult requiring the increase of sampling frequency which iseconomically, logistically and spatially difficult. Wherefore, the integrative samplers arerecently developed as alternative approach to the existing sampling techniques to berelatively more effective and more representative economically and environmentally. Theycan perform an averaged follow-up over long observation period from a few days to severalweeks associated with ease of use and low costs.The POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) is the type of sampler adoptedduring our thesis in order to study the applicability of this device to the evaluation ofpesticide residues levels in the Lebanese aquatic environments. One hundred nine moleculesbelonging to different families of commonly used pesticides by Lebanese farmers wereselected for the study. The kinetic adsorption constants of targeted pesticides and the kineticdesorption constants of Performance Reference Compounds "PRC" were estimated by POCISin-situ or laboratory (static or continuous flow) calibrations under different conditionsaffecting pesticides retention over POCIS receiving phase.To calculate the average concentration in the exposure media, the sampling rate (L/day),specific to each target pesticide was determined in different water studies: mineral, tap andriver water. The kinetic adsorption constants of molecules have also been determined toassess the optimal deployment duration in different aquatic environments.After validation of the sampling system in the laboratory, its effectiveness is tested in field.POCIS were tested in-situ at various sites belonging to different Lebanese agriculturalregions (Ibrahim Estuary River, Qaraoun Lake and Hasbani River). The mean concentrationsof total targeted pesticides were estimated and their values were compared with thoseobtained with active samples. However, further challenges are to cover the majority of activemolecules of pesticides used in Lebanon and to improve the reproducibility of these POCISfor quantitative analysis by incorporating new Performance Reference Compounds (PRC) orextending the implementation of in-situ calibration.

L'allègement des structures est un enjeu économique important dans les domaines d'activités industrielles telles que l'automobile, l'aéronautique ou le naval, qui intègrent peu à peu les matériaux composites dans la fabrication des structures. Cet allègement s'accompagne d'un raidissement de la matière qui implique des problèmes de vibrations et d'isolation acoustique. Plusieurs méthodes de traitement existent pour diminuer les vibrations ou le bruit rayonné d'une paroi, mais ces méthodes ont l'inconvénient d'augmenter significativement la masse de la paroi. Afin de répondre à cette problématique, il est proposé dans cette thèse de modifier le comportement dynamique des structures à partir d'un réseau périodique de patchs piézoélectriques shuntés avec un circuit électrique dont il est possible de modifier l'impédance. En contrôlant ainsi le comportement dynamique des patchs piézoélectriques, il est possible de contrôler le comportement vibratoire de la structure et donc de traiter les problèmes de transmissions solidiennes ou de transmissions aériennes.La méthode de shunt choisie est la méthode dite de shunt à capacité négative qui permet de modifier la rigidité d'une structure. Cette méthode dite semi-passive présente plusieurs avantages : la mise en œuvre est simple, il est possible d'intégrer les patchs directement à l'intérieur de la paroi, elle consomme une faible quantité d'énergie électrique et sa mise en application est peu onéreuse. / Making the structure lighter is an important economic stake in the field of industrial activities such as automotive, aeronautic or naval, which gradually integrate composite materials in the manufacturing of structures. This reduction of the mass goes along with a stiffening of the matter implying acoustics and vibrations issues. Several methods exist to reduce vibrations or acoustic radiations of structures, but these methods increase the mass. In order to answer the problematic, we propose to change the dynamic behavior of structures with a periodic lattice of piezoelectric patches shunted with an electrical circuit whose the impedance can be controlled. Therefore, the control of the coupled behavior of the piezoelectric patches allows the control of vibrational wave's diffusion inside the structure and so to treat the structure-borne vibrations and airborne acoustics emission. The shunt method chosen is negative capacitance shunt which allows to modify the rigidity of a structure. This semi-passive method has several advantages: the implementation is simple, it is possible to integrate the patches directly inside the wall, it consumes a low amonte of electrical energy and its implementation is inexpensive.

Approche micromécanique est utilisée pour étudier le transport et la congélation dans les milieux poreux non saturés. Dans les milieux poreux non saturés, film d'eau ainsi que la pression de disjonction sont introduits dans le transport et les problèmes de gel. Dans la modélisation, il est constaté que, couche capillaire avec l'eau interstitielle dominent le transport au degré de saturation élevé (Sr> 10%). Cependant, le film d'eau jouera un rôle important dans le transport à degré de saturation basse (Sr <10%), et le coefficient de diffusion sera faible que 3 à 4 ordres de grandeur à celle à degré de saturation élevé. Un modèle micromécanique de gel dans les milieux poreux non saturés est établi. Modèle micromécanique de congélation est plus physique basée dans la nature. En effet, différent du modèle poromécanique du milieu de congélation, dans lequel la pression de cristaux de glace est introduit, la pression de disjonction du film d'eau non gelée à la place de la pression de cristaux de glace est introduite dans le modèle micromécanique de congélation / Micromechanical approach is employed to investigate the transport and freezing within unsaturated porous media. In unsaturated porous media, water film as well as disjoining pressure are introduced in the transport and freezing problems. In the modeling, it is found that, capillary layer along with pore water dominate the transport at high saturation degree (Sr>10%). However, water film will play a significant role in transport at low saturation degree (Sr<10%), and the diffusion coefficient will be lower than 3 to 4 orders of magnitude than that at higher saturation degree. A micromechanical model of freezing in unsaturated porous media is established. Micromechanical model of freezing is more physical based in nature. That is because different from poromechanical model of freezing media in which ice crystal pressure is introduced, the disjoining pressure of unfrozen water film instead of ice crystal pressure is introduced in the micromechanical model of freezing

L'objectif de cette thèse est de caractériser et comprendre la propagation d'ondes acoustiques dans les mousses solides ordonnées. Nous avons mis au point une nouvelle sonde acoustique fondée sur la diffusion multiple de la lumière cohérente. Cette sonde appelée Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy résout en temps et en espace le champ de déplacement induit par le passage de l'onde acoustique ce qui permet d'en mesurer la relation de dispersion et la longueur d'atténuation. Nous avons validé la technique LSVAS en étudiant ces propriétés pour une mousse aqueuse dont les propriétés viscoélastiques sont par ailleurs connues. Nous avons ensuite élaboré des mousses solides de structure ordonnée en gélifiant des mousses liquides monodisperses produites à l'aide d'un générateur microfluidique. En excitant des ondes acoustiques dans un guide d'onde rempli d'une telle mousse gélifiée, nous avons étudié leur propagation dans une gamme de fréquence jusqu'à 10 kHz. Les célérités longitudinales et transverses ainsi que la longueur d'atténuation mesurées simultanément à basse fréquence montrent que, l'onde acoustique se propage dans la mousse solide comme dans un milieu continu effectif viscoélastique. Les variations des célérités longitudinale et transverse de ce mode lent avec la fraction volumique des bulles sont bien décrites par la loi de Wood et elles sont en accord avec la loi semi-empirique proposée par Ashby & Gibson. Aux fréquences supérieures à quelques centaines de hertz, la longueur d'onde transverse se rapproche de la taille des bulles et le mode lent n'est plus observé. Par contre, un mode beaucoup plus rapide, avec une vitesse comparable à celle du son dans l'air, apparaît. Nous montrons comment on peut décrire ce régime et le fort couplage entre le mouvement des films et du gaz dans le cadre de la théorie acoustique de Biot. / This thesis aims at characterizing and understanding acoustic wave propagation in ordered solid foams. We developed a new acoustic probe based on coherent light multiple scattering. This probe called Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy is sensitive to the displacement field induced by the acoustic wave in time and space, so that the wave dispersion relation and attenuation can be measured. We validated LSVAS measuring the aforementioned properties in aqueous foams which viscoelastic properties were already known. We then elaborated solid foams with ordered structures by gelling monodisperse liquid foams produced with a microfluidic generator. Generating acoustic waves in a wave guide filled with such a gelled foam, we studied their propagation in a frequency range up to 10 kHz. Longitudinal and transverse wave velocities but also attenuation lengths simultaneously measured at low frequency show that the acoustic wave propagates in solid foam like in an effective viscoelastic continuous medium. Longitudinal and transverse wave velocity variations of this slow mode with gas volume fraction are well described by Wood's law and agree with the semi-empirical law suggested by Ashby & Gibson. At frequencies higher than a few hundred hertz, the transverse wavelength approaches the bubble size and this slow mode is not observed any more. Meanwhile, a much faster mode, which velocity compares to the sound wave velocity in air, appears. We show how this regime and the strong coupling between film and gas displacement in the framework of Biot's acoustic theory.

Les techniques de mesure de diagramme de rayonnement d’antenne actuelles partagent un paradigme commun qui stipule que l’information utile est exclusivement portée par le signal de test généré. Cela implique un effort mécanique fastidieux en faisant tourner l'antenne sous test ou en déplaçant le système de sondes afin de couvrir des angles de mesure différents jusqu'à ce qu'une caractérisation complète soit effectuée ; une limitation qui est généralement surmontée en utilisant des systèmes multisondes coûteux. En outre, toute réflexion provenant du site de mesure et des équipements de test est considérée comme parasite perturbant le signal de test et est ainsi minimisée.Dans cette thèse, un concept de mesure du diagramme de rayonnement d'antenne remettant en cause ce paradigme commun est présenté comme un moyen d'accélérer le processus de caractérisation en utilisant des systèmes économiques. Le paradigme proposé consiste en la génération d'un ensemble d'échos contrôlées, en utilisant des configurations impliquant des plaques réfléchissantes, qui contribueraient directement à la mesure en couvrant différents angles, et récupérer les informations portées par l'ensemble des signaux générés simultanément. Une diversité fréquentielle est introduite afin de générer un système d'équations équilibré où le vecteur inconnu contenant les valeurs du diagramme de rayonnement est récupéré en inversant un problème matriciel. Par conséquent, une attention considérable est accordée au conditionnement du modèle mathématique afin d'assurer la stabilité et la robustesse du systèmeTrois configurations de différents niveaux de complexité en termes d'échos contrôlés sont étudiées, en mettant l'accent sur la configuration la plus simple impliquant un seul écho contrôlé. Des modèles ont été mis au point, avec des contraintes de conception des configurations proposées en termes de dimensionnement et de bandes passante de fonctionnement, mettant en évidence la viabilité mathématique du concept. Les aspects pratiques ont également été évalués en étudiant la tolérance des modèles développés vis-à-vis des erreurs systématiques, ainsi qu’à l'impact de l’application d'un ensemble d’hypothèses simplificatrices. La faisabilité du concept ainsi que son utilité pour accélérer le processus de caractérisation par rapport aux techniques classiques ont été mises en évidence par des simulations numériques. Ce travail ouvre la porte à l'exploitation des échos, généralement considérés comme perturbateurs, dans un contexte de mesure d’antennes. / Current antenna radiation pattern measurement techniques share a common paradigm which states that useful information is exclusively carried by the generated test signal. This implies an excessive, time consuming, mechanical effort by rotating the antenna under test or displacing the probe system in order to cover different measurement angles until a complete scan is performed; a limitation that is typically overcome using costly multi-probe systems. Moreover, any reflection from the measurement site and test equipment is considered spurious as it perturbs the test signal and thus is minimized.In this thesis, an antenna radiation pattern measurement concept challenging this common paradigm is introduced as a mean of accelerating the characterization process using cost-efficient systems. The proposed paradigm consists in the generation of a set of controlled echoes, using set-ups involving highly-reflective plates, which would directly contribute to the measurement alongside the line-of-sight signal by covering different measurement angles, and retrieving the ARP information carried by the set of all generated signals concurrently. Frequency diversity is used in order to generate a balanced system of equations where the unknown ARP vector is retrieved by inverting a matrix problem. Consequently, a considerable attention is paid into the conditioning of the mathematical model in order to ensure the system stability and accuracy.Three configurations of different complexity levels in terms of controlled echoes are studied, with focus on the simplest configuration involving a single controlled echo. Models have been developed with design guidelines for the proposed configurations in terms of set-up dimensions and operating frequency bandwidth highlighting the mathematical viability of the concept. Practical issues were also assessed by studying the tolerance of developed models to systematic practical errors, as well as to the impact of an applied set of simplifying assumptions. The feasibility of the concept as well as its usefulness in accelerating the measurement process with respect to classical techniques were highlighted via numerical simulations. This thesis opens the door for exploiting echoes, generally regarded as a nuisance, in an antenna measurements context.

Les nuages, le lait, le papier, les tissus biologiques appartiennent tous à une même classe de milieux que l'on nomme diffusants de part leur habilité à transformer une onde incidente collimatée en un faisceau diffus. L'imagerie, ou le transfert d'information à travers ces milieux est a priori plus difficile qu'en milieu homogène, et les méthodes actuelles nécessitent une caméra en transmission du milieu complexe considéré. La présence de cette caméra est souvent considérée comme une faille de ces méthodes car la transmission de ces milieux est souvent hors d'atteinte par l'opérateur. Dans cette thèse nous posons la question du lien qui existe entre la lumière réfléchie et la lumière transmise en milieux fortement diffusant. Nous traitons ce problème de manière statistique et nous intéressons à la dépendance statistique qui existe entre la lumière réfléchie et la lumière transmise. Nous verrons que ce lien statistique persiste même pour des milieux fortement diffusants. Ce lien statistique peut être a la base de nouvelles méthodes de contrôle du front d'onde en milieux diffusant n'utilisant que des informations réfléchies par le milieu, permettant l'imagerie, le dépôt d'énergie ou d'informations à travers des milieux fortement diffusants. / Clouds, milk, paper or biological tissues are called scattering media for light. Indeed when a plane wave encounters one a these media, the light is scattered and looses its preferential direction. Consequently, imaging through these media is more difficult than in homogeneous media. The existing methods rely on a CCD camera measuring the transmitted light. Nonetheless, the transmitted side of the sample is most of the time out of reach of the operator. In this thesis we interest ourselves to the link that exists between the reflected light and the transmitted light for thick scattering media. From a statistical point of view, this link is equivalent to the statistical dependency between the reflected light and the transmitted light. We show that the statistical dependency persists even for very thick media allowing us to propose new imaging modalities based on it. This statistical dependency between the reflected and the transmitted light is a very rich function of the parameters of the system, and may allow us to control the transmitted light using reflected information only.