Dans l’industrie, des systèmes de protection collectifs doivent être mis en œuvre pour protéger aussi bien les travailleurs que l’environnement. Des filtres à fibres sont généralement disposés dans les circuits de ventilation générale pour capter ces particules en suspension dans l’air. Les performances de ces media fibreux en termes d’efficacité de collecte et consommation énergétique sont relativement bien documentées lors de leur fonctionnement dans des conditions standards (humidité et température ambiantes). Cependant, peu d’études s’intéressent à l’interaction de l’humidité de l’air avec un dépôt composé de particules nanostructurées collectées par ces media filtrants et son incidence sur l’évolution de la perte de charge. Le travail de thèse a donc consisté dans un premier temps à la mesure d’isothermes de sorption de quatre poudres nanostructurées. Un modèle semi-prédictif d’adsorption-condensation basé sur le modèle GAB et la loi de Kelvin a ensuite été proposé. La seconde partie de l’étude a permis de décrire expérimentalement la variation de perte de charge et d’épaisseur d’un milieu poreux, formé par ces mêmes particules nanostructurées, pour différentes valeurs d’humidité. Grâce à la variation d’épaisseur du milieu déterminée par trigonométrie laser et au modèle d’adsorption-condensation, la porosité pour chaque valeur d’humidité relative a pu être calculée. En incorporant les valeurs de porosité et d’épaisseur dans trois modèles de perte de charge, il a été possible de représenter de façon satisfaisante les résultats expérimentaux. Enfin, une analyse rhéologique des poudres est proposée pour quantifier leur augmentation de cohésion sous humidité / Air quality has emerged as a major public environmental and health issue. Almost all fine particles in the air are man-made or manufactured and there are many questions regarding the impact of ultrafine (<100nm) particles on human health. Thus, in most cases, institutions use large-scale protection equipment to protect workers. These institutions often use particulate air filters placed within the flow of general ventilation. Almost all of the available data corresponds to standard ambient air conditions. Despite this, few studies focus on the interaction of water moisture on the deposit formed by these accumulated nanoparticles and the impact on the pressure drop. The first part of this study consists of the measurement of sorption isotherms of four nanostructured powders. A semi-predictive sorption model based on the theory of the multimolecular adsorption (described by the GAB equation) and on the capillary condensation (Kelvin’s law) was developed. The second part of the study experimentally describes the thickness and pressure drop variation of a porous medium formed by these nanostructured particles for different values of humidity. Through the thickness variation of the media - determined by laser trigonometry - and adsorption-condensation model, the porosity for each humidity value has been calculated. Following this, three pressure drop models available in the literature have been modified by introducing cake thickness and porosity variation according to relative humidity. This allows us to model the experimental data for all the samples. Finally, a rheological analysis of powders is proposed to quantify the cohesion changes under moisture conditions

L’objectif de ma thèse est d'étudier la propagation des ondes acoustiques dans les milieux poreux. La théorie de l'homogénéisation (Boutin et Auriault, 1990; Malinouskaya, 2007; Li, 2010) est utilisée avec les modèles de réseaux tels que LBM, LSM, LSM2S, LBM-LSM, LBM-LSM2S. Ces modèles nous permettent de déterminer les propriétés macroscopiques, les vitesses acoustiques et les effets d'atténuation dans les échantillons Fontainebleau avec deux composants (pores et quartz) et les échantillons STATOIL avec trois composantes (pores, quartz et d'argile). La modélisation numérique vise à résoudre 3 problèmes. Le premier problème est la caractérisation des échantillons; par la détermination de la porosité et des fonctions de corrélation avec les composantes de Fourier correspondantes (Adler, 1992; Nguyen, 2013). Le second porte sur la propagation des ondes dans les échantillons secs; les vitesses sont dérivées du tenseur de rigidité efficace C(eff) qui peut être calculé par LSM (Pazdniakou, 2012) ou LSM2S. Le troisième problème correspond aux échantillons saturés par un fluide incompressible ou compressible; les vitesses sont obtenues par résolution de l'équation de Christoffel après les déterminations de C(eff), fr la perméabilité dynamique K et ses réactions à la pression de fluide α et β. Pour les échantillons de Fontainebleau, les calculs sont effectués avec des modèles pré-existents tels que LSM, LBM, LBM-LSM. Ces modèles de bases sont étendus pour milieux avec plusieurs composants solides; ils sont validés via des comparaisons avec d’autres méthodes (Nemat-Nasser et Iwakuma, 1982; Torquato, 1998, 2000; Cohen, 2004). Les vitesses, le module d’élasticité et cisaillement efficace de tous les échantillons secs ainsi que les vitesses et l'atténuation des ondes dans les échantillons saturés sont déterminés. Les séries de résultats obtenues concordent bien avec des corrélations empiriques et théoriques, tels que le modèle d’IOS d’ Arns (1996), les modèles empiriques de Nur et al. (1991), Krief (1990) et avec le modèle de Gassmann. Les résultats numériques sont un peu plus grands que les données expérimentales d’ Han (1986) et de Gomez et al. (2010); les raisons de cette petite différence ont été provisoirement analysées, mais sa cause n'a pas été identifiée sans ambiguïté. / The purpose of this Ph.D. thesis is to study acoustic waves in porous media. The homogenization theory (Boutin and Auriault, 1990; Malinouskaya, 2007; Li, 2010) is used together with the lattice models such as LBM, LSM, LSM2S, LBM-LSM, LBM-LSM2S in order to determine the macroscopic properties, the acoustic velocities, the attenuation effects in Fontainebleau samples with two components (pore and quartz) and in STATOIL samples with three components (pore, quartz and clay). Three problems are studied numerically in this work. The first problem is devoted to characterizations of samples; this is done with the determination of the porosity and of the correlation functions with the corresponding Fourier components (Adler, 1992; Nguyen, 2013). The second one addresses wave propagation in dry samples; the velocities are derived from the effective stiffness tensor C(eff) which can be calculated by LSM (Pazdniakou, 2012) or LSM2S. The third one corresponds to samples saturated by incompressible or compressible fluids; the velocities can be obtained from the Christoffel equation after determining C(eff) , the dynamic permeability K and the reactions to fluid pressure α and β. For Fontainebleau samples, the calculations are performed with basic existing models such as LSM, LBM, LBM-LSM. These basic models are extended to solids with multiple components; they are validated by comparisons with others (Nemat-Nasser and Iwakuma, 1982; Torquato, 1998, 2000; Cohen, 2004). The velocities, the effective bulk and shear modulus of all the dry samples as well as the velocities and the attenuation effected in saturated samples are determined. These results are in good agreement compared with existing models and results, such as the IOS model of Arns (1996), the empirical models of Nur et al. (1991), Krief (1990) and with Gassmann’ s model. The numerical results are slightly larger than the experimental data of Han (1986) and Gomez et al. (2010); the origin of this small discrepancy has been tentatively analyzed, but its cause has not been unambiguously identified.

Les mécanismes élémentaires mis en jeu lors de l’érosion de surface d’un sol cohésif par un écoulement fluide demandent à être mieux connus dans le but d’améliorer la modélisation locale de l’érosion. En se basant sur une approche expérimentale, l’objectif de cette thèse vise à réaliser une étude paramétrique de l'érosion à l'aide de matériaux modèles, pour ensuite les soumettre à des sollicitations hydrodynamiques et mécaniques contrôlées. L'étude de matériaux granulaire sans cohésion a d'abord permis d'analyser la construction du nombre de Shields pour définir le seuil d'érosion. Ensuite, des essais de traction à différentes échelles ont permis de généraliser le nombre de Shields à des grains cohésifs par la relation entre seuil d'érosion et résistance mécanique. La mise au point de matériaux et d'essais d'érosion iso-indice a également permis de visualiser les mécanismes par lesquels l'écoulement conduit à l’arrachement de particules constitutives du matériau modèle lors d'essais de JET et de HET. Pour finir, d'autres types de matériaux cohésifs modèles ont été plus rapidement étudiés et révèlent de grandes perspectives d'études. / Elementary mechanisms involved during the surface erosion of a cohesive soil by a fluid flow ask to be better understood for improving the local modeling of erosion. It is the objective of this thesis which aims, by an experimental approach, at working out model materials to submit them to hydrodynamic stresses and controlled mechanic stresses. The study of cohesion-less granular material allowed, in a first approach, to analyse the Shields number formulation to define the erosion threshold. In a second time, the grains have been made cohesive with liquid or solid matrix, and mechanical tests at different scales allowed to generalise the Shields number to both cohesive and non-cohesive particles. The development of erosion tests adjusted in optical index also made possible to visualised the mechanisms by which the fluid flow erode the constitutive particles of the material during Jet Erosion Tests and Hole Erosion Tests. Finally, different kinds of cohesive model materials were tested and show excellent perspectives.

AUne étude théorique et expérimentale de la propagation acoustique dans les milieux à double porosité soumis à l’écoulement de liquides turbides est présentée. Deux matériaux à double porosité supposés obéir à l'extension faite par Berryman et Wang (1995) de la théorie de Biot en régime basse fréquence sont examinés : (i) le ROBU® dont les grains poreux individuels, formés de minuscules billes verre de borosilicate 3.3, sont quasi-sphériques et (ii) la Tobermorite 11 Å dont les grains poreux individuels à base de ciment sont de formes très irrégulières. Nous proposons, d’une part une modélisation numérique de la propagation acoustique à travers une maquette de forme parallélépipédique remplie d’un milieu à double porosité, et d’autre part une validation expérimentale en laboratoire. Les caractérisations du milieu à double porosité par la voie mécanique sont également présentées. Les essais de traçage en vue de la caractérisation du transport et du dépôt de particules en suspension dans le liquide turbide, sont effectués. Les interprétations des résultats sont basées entre autres sur le temps de transfert, le taux de restitution, la capacité de rétention, le profil spatial de la rétention et le tri granulométrique des particules transportées. L’objectif de nos travaux de recherche est de développer une méthode d’investigation non destructive permettant une évaluation du degré de colmatage résultant du dépôt des particules fines dans les pores, par exemple. / A theoretical and experimental study of wave propagation in double porosity media submitted to the flowing of turbid liquids is led. Two samples of double porosity materials assumed to obey Berryman and Wang’s extension (1995) of Biot’s theory in the low frequency regime are considered : (i) ROBU® (pure binder-free borosilicate glass 3.3 manufactured to form the individual grains) and (ii) Tobermorite 11 Å ( the individual porous cement grains show irregular shapes). We propose on the one hand a numerical study of wave propagation through a rectangular box filled with a double porosity medium and, on the other an experimental validation in laboratory. The characterizations of the double porosity medium by using mechanical tools are also presented. The tracing tests for characterizing the transport and the deposition of suspended particles contained in saturating liquids, are realized. The interpretations of the results are based on the transfer time, the restitution ratio, the retention capacity, the spatial profile of the retention and the size sorting of transported particles. The aim of our research is to develop a method for non-destructive testing that allows an assessment of the degree of clogging resulting from the deposition of fine particles in the pores, for example.

Un défi actuel dans le domaine de l'optique est de mieux comprendre les effets de champ proches optiques des systèmes et de pouvoir agir dessus. C'est dans ce contexte que j'explore tout au long de cette thèse ces notions appliquées aux milieux 3D diélectriques désordonnés et aux films désordonnés métal-diélectriques. Pour les milieux 3D, nous avons choisi une approche par un montage de microscopie de champ proche pour faire la mesure du champ proche optique. Nous avons pour cela dû faire un travail en amont sur la préparation des échantillons pour éviter les artefacts de mesure. Ces mesures ont révélés des structures intéressantes. Nous avons ensuite étudié les modes optiques sur les films métal-diélectriques et montré qu'il existe des modes étendus pour certaine valeurs de la faction surfacique de métal déposée. Nous avons quantifié leur extension par la mesure de la longueur d'interaction et mesuré des valeurs de l'ordre de la dizaine de microns, suffisant pour être contrôlé depuis le champ lointain. Ces mesures ont ouvert la voie au contrôle du front d'onde du faisceau incident dans l'objectif de la focalisation en champ proche de la lumière. Ceci a pu être réalisé grâce à l'utilisation d'un modulateur spatial de lumière pour le contrôle du front d'onde et à un signal non-linéaire de luminescence à deux photons pour la mesure du champ proche optique. Nous obtenons la focalisation en champ proche de l'énergie d'un facteur supérieur à dix. Enfin, la technique de microscopie de champ proche a pu être implémentée et couplée au contrôle de front d'onde et une première optimisation a pu être obtenue. Cela reste néanmoins un travail préliminaire. / One important challenge to address in the optical field is a better understanding of the optical near field of systems and how we can interact with them from the far-field. It is in this regard that I studied and controlled of the near field of both 3D disordered dielectric media and metal-dielectric disordered films. For 3D media, we used a near-field microscope to measure the optical field on their surface. To reach a free-artefact measure, we had to carefully prepare the sample by minimising the rugosity. In a second part, we studied optical modes on metal-dielectric films et we showed that it exists extended modes for some specific values of metal filling fraction of the sample. Extension of the modes has been quantified by measuring the interaction length and has been found in the order of 10 $\mu$m, enough to allow a far field control of the modes. These measurements opened the way for wavefront control of the incident beam in order to focus light in the near field of the sample. We use a spatial light modulator to control the incident wavefront and a non-linear signal (two photons luminescence - TPL) for the near-field measurement of the optical field. We could reach focusing of the energy by a factor more than ten. Finally, the SNOM technique has been coupled to the wavefront shaping system and we get preliminary measurements of optimisation in the near-field by this technique.

Basé sur les concepts de développement durable et de chimie verte, l’une des alternatives envisagées par les chimistes, pour une chimie plus propre, est de substituer les solvants organiques, pouvant être dangereux et toxiques, par des solvants plus verts. L’eau est un bon candidat pour cette substitution car c’est le solvant le moins cher dans nos contrées, et le plus sûr : il est non-toxique, ininflammable et non explosif. Afin de palier la faible solubilité de la majeure partie des composés organiques dans l’eau, les tensioactifs peuven têtre utilisés afin d’améliorer les rendements réactionnels. Les milieux ainsi obtenus sont difficilement recyclables car ils nécessitent une forte dilution afin de casser les agrégats et de récupérer les produits. C’est pourquoi, l’utilisation de tensioactifs photo-régulables est une bonne alternative car il est possible d’organiser/désorganiser les agrégats par irradiation lumineuse et ainsi récupérer les composés organiques en fin de réaction tout en recyclant le milieu réactionnel. Pour cela, nous avons synthétisé trois tensioactifs possédant une fonction azobenzène(anionique, cationique, non ionique), afin de les tester en catalyse micellaire. Certains de ces tensioactifs, après en avoir déterminé leurs propriétés physico-chimiques (cmc et spectre UV-Visible) ont été testés dans une réaction pallado-catalysée : la substitution allylique de Tsuji-Trost. Nous avons réussi à démontrer l’intérêt d’utiliser un tensioactif photo-régulable par rapport aux tensioactifs commerciaux en terme de rendement et de recyclabilité. D’autre part, la décarboxylation de Barton, décrite pour la première fois en 1983, permet la formation d’alcanes à partir d’acides carboxyliques en utilisant un dérivé d’étain comme donneur d’hydrogène. Depuis lors, cette réaction a toujours été utilisée comme étape clé en synthèse totale de composés naturels et en solvants organiques. De plus, cette réaction est historiquement réalisée par activation conventionnelle, thermique ou par irradiation ultra-violette. C’est pourquoi, nous avons décidé d’étudier cette décarboxylation radicalaire dans l’eau, en présence de tensioactifs et en utilisant des modes d’activation non conventionnels : les micro-ondes et les ultrasons. De plus, en lieu et place d’étain, nous avons préféré l’utilisation de N-phénylmaléimide, déjà connu et étudié comme piège à radicaux, afin d’obtenir des maléimides substitués par des chaînes carbonées. Les rendements obtenus en milieux micellaires se sont avérés être aussi bons, voire meilleurs qu’en solvants organiques. / Based on concepts of sustainable development and green chemistry, one of the alternatives envisioned by chemists is to substitute organic solvents, which can be dangerous and toxic, for greener solvents. Water is the best candidate for this substitution because it is thesafest and cheapest solvent in our countries : this solvent is non-toxic, non-flammable and inexplosive. In order to overcome the low solubility of most of organic compounds in water, surfactants can be used to improve the reaction yields. Media thus obtained are difficult to recycle because they require high dilution in order to break aggregates and recover products. Therefore, using photo-switchable surfactants is a good alternative because they can organize/disorganize by light irradiation. Organic compounds could be recovered after reactions and the recyclability of the medium can be improved. For this purpose, we synthesized three surfactants having an azobenzene moiety (anionic,cationic, nonionic), to test them in micellar catalysis. Some of these surfactants, after determining their physicochemical properties (CMCs and UV-visible spectra) were studied in a pallado-catalyzed reaction, the allylic substitution of Tsuji-Trost. We have successfully demonstrated the value of using a photo-switchable surfactant compared to commercialones in terms of yields and recyclability. In other hand, Barton decarboxylation, described for the first time in 1983, permits the formation of alkanes from carboxylic acids, using tin derivatives as hydrogen donors. Since then, this reaction has always been used as a key step in total synthesis of natural compounds in organic solvents. In addition, historically, this reaction was carried out by conventional activation (heat or ultraviolet light). Therefore, we decided to study this radical decarboxylation in water, in the presence of surfactants and using unconventional activation modes : microwave and ultrasound. Moreover, instead of tin, we preferred the use of N-phenylmaleimide, already known and studied as a radical trap, to obtain maleimides substituted by carbon chains. Yields obtained in micellar media were found tobe at least as good as in organic solvents.

Quand une source de lumière cohérente éclaire un milieu présentant soit une rugosité de surface à l’échelle de la longueur d’onde de la lumière incidente, soit des variations d’indice de réfraction, les ondes diffusées se propagent suivant différents chemins optiques. Les ondelettes ainsi créées, toujours cohérentes, interfèrent entre elles dans un plan d’observation, créant un champ de speckle. Dans ce travail, nous couplons l’analyse du champ de speckle à l’analyse de la polarisation de la lumière en adoptant une approche multiparamètre regroupant des informations spatiales et temporelles. La capacité du speckle polarisé à caractériser des propriétés de milieux diffusants complexes est exploitée. Des informations liées à un changement de proportions de tailles de diffuseurs, de coefficient d’absorption, et de dynamique intrinsèque des diffuseurs sont extraites. Les méthodologies développées sont appliquées à la caractérisation d’échantillons biologiques, à la détection de phases préliminaires d’érosion dentaire, et au suivi de réactions de polymérisation. / When a coherent light source illuminates a random medium, having either surface roughness or refractive index variations, the scattered waves propagate following different optical paths. The coherent created wavelets interfere with each other in a certain observation plane, creating the speckle field. In this work, we simultaneously the analysis of the speckle field as well as the analysis of polarized light, in a multi-parameter approach combining spatial and temporal information. The capability of the polarized speckle field to characterize complex scattering media is investigated. Information related to changes in diffusers sizes and proportions, absorption coefficient, and intrinsic dynamics are extracted. The developed methodologies are applied to characterize biological samples, to diagnose early stages of dental erosion, and to monitor polymerization reactions.

Ce travail présente et valide une théorie nonlocale nouvelle et généralisée, de la propagation acoustique dans les milieux poreux à structure rigide, saturés par un fluide viscothermique. Cette théorie linéaire permet de dépasser les limites de la théorie classique basée sur la théorie de l’homogénéisation. Elle prend en compte non seulement les phénomènes de dispersion temporelle, mais aussi ceux de dispersion spatiale. Dans le cadre de la nouvelle approche, une nouvelle procédure d’homogénéisation est proposée, qui permet de trouver les propriétés acoustiques à l’échelle macroscopique, en résolvant deux problèmes d’action-réponse indépendants, posés à l’échelle microscopique de Navier-Stokes-Fourier. Contrairement à la méthode classique d’homogénéisation, aucune contrainte de séparation d’échelle n’est introduite. En l’absence de structure solide, la procédure redonne l’équation de dispersion de Kirchhoff-Langevin, qui décrit la propagation des ondes longitudinales dans les fluides viscothermiques. La nouvelle théorie et procédure d’homogénéisation nonlocale sont validées dans trois cas, portant sur des microgéométries significativement différentes. Dans le cas simple d’un tube circulaire rempli par un fluide viscothermique, on montre que les nombres d’ondes et les impédances prédits par la théorie nonlocale, coïncident avec ceux de la solution exacte de Kirchhoff, connue depuis longtemps. Au contraire, les résultats issus de la théorie locale (celle de Zwikker et Kosten, découlant de la théorie classique d’homogénéisation) ne donnent que le mode le plus attenué, et encore, seulement avec le petit désaccord existant entre la solution simplifiée de Zwikker et Kosten et celle exacte de Kirchhoff. Dans le cas où le milieu poreux est constitué d’un réseau carré de cylindres rigides parallèles, plongés dans le fluide, la propagation étant regardée dans une direction transverse, la vitesse de phase du mode le plus atténué peut être calculée en fonction de la fréquence en suivant les approches locale et nonlocale, résolues au moyen de simulations numériques par la méthode des Eléments Finis. Elle peut être calculée d’autre part par une méthode complètement différente et quasi-exacte, de diffusion multiple prenant en compte les effets viscothermiques. Ce dernier résultat quasi-exact montre un accord remarquable avec celui obtenu par la théorie nonlocale, sans restriction de longueur d’onde. Avec celui de la théorie locale, l’accord ne se produit que tant que la longueur d’onde reste assez grande. Enfin, dans le cas où la microgéométrie, formée de portions de conduits droits, est celle de résonateurs de Helmholtz placés en dérivation sur un guide principal, on peut, en appliquant la nouvelle procédure d’homogénéisation de la théorie nonlocale, et en modélisant les champs par des ondes planes aller retour dans chacune des portions droites, calculer les deux fonctions de densité et compressibilité effectives du milieu dans l’espace de Fourier. Sans faire d’erreur appréciable les ondes planes aller-retour en question peuvent être décrites par les formules Zwikker et Kosten. Disposant ainsi des fonctions densité et compressibilité effectives, le nombre d’onde du mode le plus atténué peut être calculé en résolvant une équation de dispersion établie via la théorie nonlocale. Ce nombre d’onde peut être indépendamment calculé d’une manière plus classique pour les ondes de Bloch, sans passer par la théorie nonlocale, mais en faisant les mêmes simplifications consistant à introduire dans les différentes portions, des ondes planes décrites par les formules Zwikker et Kosten. On observe alors, encore, un accord remarquable entre le nombre d’onde calculé classiquement, et le nombre d’onde calculé via la procédure nonlocale : le comportement résonnant exact est reproduit par la théorie nonlocale. Il s’interprète comme un simple effet de la dispersion spatiale, montrant la puissance de la nouvelle approche. / This work is dedicated to present and validate a new and generalized macroscopic nonlocal theory of sound propagation in rigid-framed porous media saturated with a viscothermal fluid. This theory allows to go beyond the limits of the classical local theory and within the limits of linear theory, to take not only temporal dispersion, but also spatial dispersion into account. In the framework of the new approach, a homogenization procedure is proposed to upscale the dynamics of sound propagation from Navier-Stokes-Fourier scale to the volume-average scale, through solving two independent microscopic action-response problems. Contrary to the classical method of homogenization, there is no length-constraint to be considered alongside of the development of the new method, thus, there is no frequency limit for the medium effective properties to be valid. In absence of solid matrix, this procedure leads to Kirchhoff-Langevin’s dispersion equation for sound propagation in viscothermal fluids. The new theory and upscaling procedure are validated in three cases corresponding to three different periodic microgeometries of the porous structure. Employing a semi-analytical method in the simple case of cylindrical circular tubes filled with a viscothermal fluid, it is found that the wavenumbers and impedances predicted by nonlocal theory match with those of the long-known Kirchhoff’s exact solution, while the results by local theory (Zwikker and Kosten’s) yield only the wavenumber of the least attenuated mode, in addition, with a small discrepancy compared to Kirchhoff’s. In the case where the porous medium is made of a 2D square network of cylindrical solid inclusions, the frequency-dependent phase velocities of the least attenuated mode are computed based on the local and nonlocal approaches, by using direct Finite Element numerical simulations. The phase velocity of the least attenuated Bloch wave computed through a completely different quasi-exact multiple scattering method taking into account the viscothermal effects, shows a remarkable agreement with those obtained by the nonlocal theory in a wide frequency range. When the microgeometry is in the form of daisy chained Helmholtz resonators, using the upscaling procedure in nonlocal theory and a plane wave modelling lead to two effective density and bulk modulus functions in Fourier space. In the framework of the new upscaling procedure, Zwikker and Kosten’s equations governing the pressure and velocity fields’ dynamics averaged over the crosssections of the different parts of Helmholtz resonators, are employed in order to coarse-grain them to the scale of a periodic cell containing one resonator. The least attenuated wavenumber of the medium is obtained through a dispersion equation established via nonlocal theory, while an analytical modelling is performed, independently, to obtain the least attenuated Bloch mode propagating in the medium, in a frequency range where the resonance phenomena can be observed. The results corresponding to these two different methods show that not only the Bloch wave modelling, but also, especially, the modelling based on the new theory can describe the resonance phenomena originating from the spatial dispersion effects present in the macroscopic dynamics of the matarial.

Afin de réduire le bruit dans les villes, il est nécessaire d’avoir une bonne compréhension de la propagation acoustique en milieu urbain. Il existe aujourd’hui des logiciels commerciaux qui permettent de modéliser des champs acoustiques urbains à des coûts de calcul raisonnables. Toutefois, ces outils sont basés principalement sur des approches énergétiques qui ne contiennent pas d’informations sur la phase. Pour cette raison, elles ne permettent pas la prise en compte d’effets d’interférence (par exemple, des résonances), nous offrant ainsi une description physique limitée du champacoustique. Inversement, des méthodes ondulatoires classiques (FEM, BEM, FDTD) permettent de prendre en compte ces effets. Or, en raison de la discrétisation et de la grande extension du domaine de propagation, leur utilisation est généralement limitée aux très basses fréquences.L’objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes ondulatoires performants, dans le domaine fréquentiel et temporel, nous permettant de modéliser la propagation acoustique dans des zones urbaines étendues. L’approche proposée est basée sur une formulation mixte modale–éléments finis. L’idée clé de cette méthode estde considérer la rue comme un guide d’ondes ouvert, dont la base modale est composée de modes de fuite (modes qui rayonnent une partie de leur énergie en se propageant). Cette approche combine une description multimodale du champ acoustique dans la direction longitudinale et un calcul par éléments finis des modes propres transverses.L’approche a été mise en oeuvre précédemment à l’échelle d’une seule rue. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’extension de la méthode à l’échelle du quartier, afin de modéliser la propagation dans des milieux contenant un grand nombre de rues interconnectées. Une version simplifiée dans le domaine temporel, contenant uniquement lemode de propagatif le moins fuyant, est également développée.En nous basant sur ces approches, nous étudions des phénomènes ondulatoires qui peuvent apparaître dans des configurations urbaines particulières. Plus précisément, nous nous intéressons à l’interaction des modes de la rue avec des résonances dans une cour intérieure adjacente, ainsi qu’à la formation de bandes de fréquences interditesdans des réseaux périodiques de rues interconnectées. Le résultat principal de cette étude est que, malgré la forte présence de pertes par radiation dans le milieu, des effets de résonance importants peuvent encore se produire. Les résultats présentés dans ce manuscrit mettent en évidence l’importance d’une approche ondulatoire pour décrirecorrectement des champs acoustiques aux basses fréquences, et ils suggèrent l’usage potentiel de ces phénomènes afin de contrôler la propagation acoustique dans le milieu.Enfin, nous présentons une étude sur l’utilisation de métasurfaces (surfaces contenant un réseau de résonateurs) pour améliorer la performance des murs antibruit. Nous démontrons que, grâce à l’excitation des résonances locales sur la métasurface, il est possible d’obtenir des propriétés non conventionnelles, comme par exemple des angles de réflexion négatifs ou de l’absorption acoustique aux basses fréquences. / The improvement of the urban sound environment requires a good understanding of the acoustic propagation in urban areas. Available commercial softwares give the possibility to simulate urban acoustic fields at relatively low computational costs. However, these tools are mainly based on energy methods that do not contain information on the phase. Therefore, these tools are unable to capture interference effects (e.g., resonances), providing a limited physical description of the acoustic field. Conversely, classical wave methods such as FEM, BEM or FDTD give the possibility to model interference effects, but their use is often restricted to very low frequencies due to discretisation and the huge extension of the propagation domain.The main goal of this thesis is to develop efficient wave methods for the acoustic propagation modelling in extended urban areas, both in the frequency and time domain. The proposed approach is based on a coupled modal–finite elements formulation. The key idea is to consider the urban canyon as an open waveguide with a modal basis composedof leaky modes, i.e., modes that radiate part of their energy into the atmosphere as they propagate. The approach combines a multimodal description of the acoustic field in the longitudinal direction and a finite elements computation of the transverseeigenmodes. This coupled approach, which has been successfully implemented at the scale of a single street, is extended in the present manuscript at a larger scale (the neighbourhood scale), in order to model problems arising in propagation domains containing many interconnected streets. A time domain version of the method, containing only the least damped mode, is also proposed.Using these methods, we investigate wave phenomena arising in specific urban configurations, as forbidden frequency bands in periodic networks of interconnected streets, and resonances in inner yards. It is found that, despite the presence of significant radiative losses in the propagation medium, strong interference effects are still observed. Not only this result highlights the relevance of a wave approach to describe accurately urban acoustic fields at low frequencies, but it suggest the potential use of these phenomena to control the acoustic propagation in urban environments.The last part of this dissertation presents a preliminary study on the use of metasurfaces (surfaces decorated with an array of resonators) to improve the performance of noise barriers. It is shown that, exciting resonances in these structures, it is possible to achieve some unconventional behaviours, including negative angles of reflection and low frequency sound absorption.

Les matériaux réfractaires non façonnés dense (MRNF) prennent une part de plus en plus importante aussi bien en cimenterie, fonderie, sidérurgie, ... Principalement constitués d’agrégats à base d’alumine, de magnésie, de spinelle, … ils constituent des matériaux de faible perméabilité contenant une teneur résiduelle en eau de 4 à 6 %. Leur séchage avant leur première utilisation est une opération critique qui conditionne leur durée de vie. D’une part, mal conduit, il peut du fait des endommagements occasionnés, réduire considérablement la durée de vie des installations. D’autre part, certaines conditions de séchage conduisent à une véritable destruction de nature explosive du matériau correspondant à une élévation brutale de la pression interne (accompagnant l’élévation de la pression de vapeur saturante de l’eau avec la température). Le travail a permis de se familiariser avec les matériaux réfractaires non-façonnés à l’aide d’une caractérisation thermomécanique complète menée entre la température ambiante et 500 °C, de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de leur séchage, d’une part, par une expérimentation et, d’autre part, en les reproduisant en s’appuyant sur un transfert simultané de chaleur et de masse en milieu poreux. Et enfin, il a permis d’étudier l’impact d’un ajout de fibres polymère sur une caractéristique qui gère l’évacuation de l’eau, la perméabilité, et plus généralement sur le séchage / Castable refractories take a more and more important place in various industries: cement factory, casting, iron and steel making. They consist mainly of aggregates of high-alumina and ultra-low cement. Their permeability is very low and they contain before the first heat-up a residual water content of 4 to 6 % (dry basis). Drying during the first heat-up is a crucial step which sharply influence the refractory in-service performances. On one hand, damaging can occur, and as a consequence will reduce drastically the life time of the plants. On the other hand, particular drying conditions can lead to an explosive spalling of the refractory corresponding to an internal gas pressure steep raise linked to the water saturated vapour pressure raise with temperature. First, a complete thermomechanical characterization between ambient temperature and 500 °C of the unshaped refractory materials has been conducted. Then the mechanisms involved during their drying, on one hand, by an experiment and, on the other hand, by using a simultaneous heat and mass transfer model in porous media have been studied. And last, the impact of adding polymer fibers has been analysed both on the concrete permeability as well as their influence on drying