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.

The effects of vortices on the propagation of acoustic waves are numerous, from simple convection effects to instabilities in the acoustic phenomena, including absorption,<p>reflection and refraction effects. This work focusses on the effects of mean flow<p>vorticity on the acoustic propagation. First, a theoretical background is presented<p>in chapters 2-5. This part contains: (i) the fluid dynamics and thermodynamics<p>relations; (ii) theories of sound generation by turbulent flows; and (iii) operators taken<p>from scientific literature to take into account the vorticity effects on acoustics. Later,<p>a family of scalar operators based on total enthalpy terms are derived to handle mean<p>vorticity effects of arbitrary flows in acoustics (chapter 6). Furthermore, analytical<p>solutions of Pridmore-Brown’s equation are featured considering exponential boundary<p>layers whose profile depend on the acoustic parameters of the problem (chapter 7).<p>Finally, an extension of Pridmore-Brown’s equation is formulated for predicting the<p>acoustic propagation over a locally-reacting liner in presence of a boundary layer of<p>linear velocity profile superimposed to a constant cross flow (chapter 8).<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La sonorité de l’échappement joue un rôle significatif sur le confort acoustique des occupants, ainsi que sur le caractère du véhicule. L’étude proposée porte sur la problématique industrielle suivante : « Description et quantification de la transmission du son entre la bouche d’échappement et l’intérieur du véhicule ». Physiquement la transmission sonore entre l’échappement et l’intérieur du véhicule s’effectue en trois étapes : Propagation des ondes sonores de la canule à la surface extérieure du véhicule et conversion en énergie vibratoire (1) ; Le bruit structurel se propage de la peau extérieure du véhicule à l’habillage intérieur (2) ; La surface intérieure du véhicule rayonne de l’énergie dans l’air à l’intérieur (3). Dans l’état de l’art proposé, la méthode de sous-structuration vibro-acoustique Patch Transfer Functions (PTF) est considérée comme une alternative viable à la problématique proposée. Cependant, avant d’appliquer la méthode sur un véhicule complet, la problématique suivante devait être résolue : « Caractérisation expérimentale d’un sous-système par des mesures sur un système couplé ». Ce manuscrit propose une méthode originale pour mesurer des fonctions de transfert d’un système découplé, sur la base de la réponse d’un système couplé. En raison de la nature mal posée du problème inverse, une méthode originale de régularisation a été proposée. La méthode a été validée pas des essais numériques, puis par un test physique. / Exhaust noise has a significant impact on acoustic comfort and the sound identity of a vehicle brand. The present study focuses on the: “Description and quantification of the sound transmission from the exhaust outlet into the interior of a vehicle”. Physically the noise propagation from the exhaust pipe to the cabin consists of three steps: The sound waves propagate through the air from the exhaust outlet to the external skin of the vehicle (1); the external skin vibrates and transmits its vibration to the internal skin (2); the internal skin radiates sound in the passengers’ cabin (3). The Patch Transfer Functions method, which is based on the framework of dynamic substructuring, allows for the consideration of this complex problem as simpler subproblems that consist of subsystem interactions. Yet the application of the method to a full vehicle requires addressing the problem: “Characterization of Patch Transfer Functions of a subsystem by means of measurement on a coupled system”. This dissertation presents an original inverse method for the measurement of Patch Transfer Functions. In industrial structures, this in-situ characterization is generally the only possible measurement method. Yet, due to the ill posed nature of the problem, the inversion process is difficult. An original regularization method is proposed. The method is tested through numerical simulations, and is validated with an experimental setup.

L'objectif de cette thèse consiste en l'étude d'une stratégie de contrôle actif à faible autorité avec comme application le contrôle actif du rayonnement acoustique d'une plaque. Depuis l'essor du contrôle actif, son application aux problèmes acoustiques et vibracoustiques a été investiguée par de nombreux chercheurs, exploitant soit la théorie du contrôle optimal, soit des approches originales basées plus particulièrement sur la physique. Des notions spécifiques au contrôle vibroacoustique ont été développées comme, par exemple, les modes radiatifs pouvant caractériser le rayonnement acoustique d'une plaque d'une manière adaptée au contrôle. <p>Le contrôle actif à faible autorité, pour lequel le Laboratoire de Structures Actives a développé une expertise dans le domaine de l'amortissement et du contrôle actif des vibrations, est une solution attractive par sa simplicité de mise en oeuvre. Le plus souvent implémenté sous la forme d'un contrôle décentralisé constitué de boucles indépendantes, le contrôle à faible autorité bénéficie de certaines garanties de stabilité et de robustesse. <p>Bien que notre stratégie de contrôle puisse s'appliquer à n'importe quel type de plaque, l'application considérée dans ce travail a été motivée par le contexte socio-économique actuel en rapport avec les nuisances acoustiques. Il était en effet intéressant d'évaluer la stratégie de contrôle pour le problème de la transmission acoustique d'un vitrage. La stratégie de contrôle se divise en deux étapes. Tout d'abord le développement d'un capteur unique destiné à fournir une mesure représentative du bruit rayonné par une plaque en basse fréquence. Deux capteurs de vitesse volumétrique (l'un discret, l'autre distribué) ont ainsi été développés et évalués expérimentalement. <p>Ensuite, une procédure d'optimisation de l'emplacement d'un ensemble d'actionneurs pilotés en parallèle est proposée. L'objectif de cette phase d'optimisation est de forcer la réponse fréquentielle du système à posséder les propriétés d'un système colocalisé. La stratégie de contrôle est ensuite évaluée sur deux structures expérimentales. <p><p>/ This thesis is concerned with a low authority active control strategy applied to the sound radiation control of a baffled plate. Since the development of active control ,numerous researchers have studied its application to acoustical or vibroacoustical problems using either the modern control theory or other methods based rather on the understanding of the physics of the problem. Vibroacoustical active control has lead to the definition of radiation modes allowing to describe the radiated sound of a plate in an appropriate manner for active control purposes. <p>Low autorithy control (LAC), for which the Active Structures Laboratory has gained an expertise for active vibration control applications is an interesting solution for its implementation simplicity. Most of the time it consists of several decentralized control loops, and benefits from guaranteed stability and robustness properties. Although our control strategy can be applied to any kind of plates, the application considered here has been motivated by the present socio-economical context related to noise annoyances. The active control strategy has been applied the problem of the sound transmission loss of glass plates (windows). This strategy is in two steps :first a volume velocity sensor is developed as to give a measure representative of the radiated sound at low frequencies. <p>Two sensors have been developed (one discrete and one distributed) and experimentally tested. Next, an optimisation strategy is proposed which allow to locate on the plate a set of several actuators driven in parallel. The goal of this optimisation task is to obtain an open-loop frequency response which behave like a collocated system. The control strategy is finally evaluated on two plate structures. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The development of techniques targeting the manipulation of particles of different<p>sizes - mostly in the nano to millimeter scale - when dispersed in a carrier medium, is an increasingly important topic in many fields such as biotechnology,nanotechnology, medicine, biophysics and environmental monitoring and remediation. The underlying rationale for using such techniques stands in the sometimes compelling requirements of avoiding clogging as in micro/nano channel flows, of limiting sedimentation and wall interactions in particle/cell counting, of enhancing particle-surface interaction as in bio-sensing or of facilitating characterization and sorting as in bio-physical applications. Being developed in the frame of a Belgian national project devoted to the characterization and counting of pollutant in water media by digital holographic microscopy, this thesis tackles a peculiar class of particle manipulation techniques, commonly known as Focusing. The main goal of focusing is to avoid at best wall particle interactions and sedimentation, prevalent issues for dispersions owing in micro/mini-channels especially for applications such as optical characterization and counting.<p><p>The main attention was given to two flow focusing techniques - Hydrodynamic and Acoustic Focusing - for their wide range applicability and cost effectiveness. Hydrodynamic Focusing consists in controlling the position and spreading of the sample under investigation by means of a so-called sheath flow. A low-cost, nevertheless effective, prototype has been conceived, designed, manufactured and tested. It allowed for controlling the spreading of the sample stream and achieving a focusing ratio accounting for only 4% of the original stream width.<p><p>Acoustic Focusing takes advantage of the time-averaged pressure fields induced by the creation of standing waves in channels to manipulate and focus the dispersed particles. In the frame of this thesis, several devices have been developed using square cross section glass mini-channels. Aside from the cost-effectiveness, particles where focused in a somehow unexpected but high reproducible 3D matrix-like structure. A novel numerical model has also been implemented in order to study the conditions leading to the 3D structure formation. A good agreement between experimental and numerical results was found./Ce projet de thèse portant sur la manipulation de micro-particules dans des minicanaux s'inscrit dans le développement de cellules de flux pour des applications biologiques, qui est l'une des problématiques du projet HOLOFLOW, soutenu par<p>la région de Bruxelles Capitale. Les cellules de flux doivent permettre l'observation et la reconnaissance des micro-organismes vivants dans une large gamme de dimensions (de quelques microns à 1mm) avec la microscopie holographie digitale.<p>La problématique d'observation et de manipulation des microorganismes en flux est liée au clogging (bouchage) et à la sédimentation qui limitent la durée de vie des cellules d'observation. Ce projet de thèse s'inscrit dans cette problématique et propose deux axes d'étude pour limiter l'interaction entre organismes et canaux, la focalisation hydrodynamique, basée sur le guidage de flux, et la focalisation acoustique, basée sur la manipulation des particules.<p><p>La focalisation hydrodynamique est une technique basée sur l'injection différentiée de l'échantillon à observer et d'un fluide support. La différence des vitesses d'injection des flux permet de contrôler la dispersion des particules afin d'optimiser leur observation. Dans le cadre de cette thèse, un prototype à bas-coût a été développé et construit, permettant de focaliser les particules dans un faisceau jusqu'à 4% de leur faisceau incident.<p><p>La focalisation acoustique utilise la création d'une onde acoustique stationnaire afin de regrouper les particules en suspension au centre du canal. Au cours de cette thèse, plusieurs prototypes ont été réalisés, mettant en évidence la formation de motifs tridimensionnaux. Un model numérique a été spécialement développé afin d'étudier les conditions de génération de ces motifs, et de nombreuses expériences ont été menées afin de s'assurer de leur reproductibilité. Une bonne adéquation entre la position des particules mesurée et calculée numériquement a été démontrée. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished