Les cristaux phononiques (CP) sont des structures constituées de motifs élémentaires périodisés qui sont conçus et dimensionnés de manière à obtenir une propagation d’ondes acoustiques ou élastiques très différente de la propagation naturelle dans un matériau non structuré. C’est un moyen très efficace pour façonner la propagation des ondes acoustiques grâce notamment à la présence de bandes interdites liées à la périodicité des motifs élémentaires ou liées à leurs résonances intrinsèques. Ces mécanismes de contrôle de la propagation d’ondes constituent un énorme potentiel technologique dans diverses applications (filtre, multiplexeur, guide d’onde, résonateur et capteur). De nombreux travaux ont permis le développement de dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) intégrant des CP pour le contrôle d’ondes à haute fréquence. Néanmoins, de tels dispositifs devant fonctionner en présence d’un liquide en contact avec le CP présentent des difficultés de conception liées à l’affaiblissement des ondes à l’interface solide-fluide à cause de la radiation vers le fluide des ondes à composantes hors plan. Dans le cas particulier d’un usage au titre d’un capteur, les performances d’un tel dispositif sont souvent insuffisantes.L’objectif de l’étude menée dans le cadre de cette thèse est de remédier à ce problème en utilisant les résonances localisées de cristaux phononiques constitués de piliers pour concevoir des dispositifs opérationnels en milieu liquide.Dans un premier temps, des outils numériques basés sur la méthode des éléments finis ont été développés et validés pour la modélisation de cellules élémentaires d’un CP à base de piliers. Cela nous a permis de démontrer que la présence de résonances localisées de piliers judicieusement dimensionnés permet de ralentir la vitesse de l’onde Scholte-Stoneley à l’interface solide-fluide. Les modèles de dispositifs à base de CP ont été implémentés et utilisés pour valider les résultats retenus du modèle unitaire, dans un deuxième temps. Quant à la partie expérimentale, elle nous a permis de valider la persistance en milieu liquide des bandes interdites à résonances localisées qui est attribuée au fait qu’à la résonance des piliers, l’énergie reste confinée dans ces derniers empêchant ainsi sa radiation dans le fluide. Ces résultats nous ont permis de concevoir des guides d’ondes persistantes en milieu liquide par l’intégration au sein du CP de défauts géométriques sous forme d’une chaine de piliers ayant des dimensions différentes du reste des piliers du CP.L’étude théorique a montré que les ondes guidées que l'on peut engendrer en utilisant les deux types de bandes interdites (Bragg et résonances localisées) ont des propriétés proches d’une onde de surface de Rayleigh. Les résultats obtenus dans ce travail ont permis d’élucider et d'expliciter les mécanismes à l’origine de la persistance des modes propagatifs dans les CP à résonances localisées. Cela devrait permettre d'ouvrir un champ d’investigation visant à développer des capteurs SAW phononiques pour des applications en micro-fluidique, notamment des dispositifs de type lab-on-chip. / Phononic crystal(PC) can be defined as an artificial structure built from periodical unit cell which could achieve interesting acoustic and elastic propagation thanks to the presence of phononic bandgap(PnBg) related to the periodicity and its intrinsic resonance of the unit cell. These mechanisms to control the wave’s propagation illustrate a huge potential that could led to several promising applications (filtering, waveguiding, resonator and sensor). Many works proposed the integration of surface acoustic wave(SAW) with PC with the purpose to manipulate the wave’s propagation at high frequency(UHF-VHF range). Nevertheless, the presence of liquid on the surface of such device induces an attenuation of the wave at the interface of solid-fluid due to the out-of-plane displacement which radiate into the fluid. For the development of such device as a sensor, its performance is usually degraded and not sufficient compared to the current state of art. The objective of this thesis is to provide a solution to the above problem through the utilization of locally-resonant mechanism in PC composed of an array of pillars to design a device which could operate in the liquid environment. First, we developed a theoretical model based on Finite Element Method (FEM) simulation for a unit cell of pillar-based structure embedded with a liquid medium. We demonstrated that local resonances of pillars with optimized dimension could decrease the phase velocity of Scholte-Stoneley wave, to produce a slow wave at the solid/fluid interface. For the experimental part, we showed the conservation of locally-resonant bandgap when the fabricated device is loaded with liquid. This conservation is attributed to the local resonance of pillars that confine the energy inside the pillar to prevent radiation of energy into the fluid. The obtained results allow us to design a waveguide persistent under liquid medium by the integration of geometrical defect in the PC in the form of a chain of pillars with a different dimension compared to the rest. Furthermore, the theoretical studies indicated also that the waveguide induced in the both type of band gap(Bragg and locally-resonant) has a close appearance as a Rayleigh SAW. The results from this study could elucidate the mechanism of the persistence of the propagation mode of locally-resonant PC. This could open a new perspective for a further investigation to develop SAW phononic especially in the in a microfluidic and lab on chip application.

In the thesis explicit dual parabolic-elliptic models are constructed for the Konenkov flexural edge wave and the Stoneley-type flexural interfacial wave in case of thin linearly elastic plates. These waves do not appear in an explicit form in the original equations of motion within the framework of the classical Kirchhoff plate theory. The thesis is aimed to highlight the contribution of the edge and interfacial waves into the overall displacement field by deriving specialised equations oriented to aforementioned waves only. The proposed models consist of a parabolic equation governing the wave propagation along a plate edge or plate junction along with an elliptic equation over the interior describing decay in depth. In this case the parabolicity of the one-dimensional edge and interfacial equations supports flexural wave dispersion. The methodology presented in the thesis reveals a dual nature of edge and interfacial plate waves contrasting them to bulk-type wave propagating in thin elastic structures. The thesis tackles a number of important examples of the edge and interfacial wave propagation. First, it addresses the propagation of Konenkov flexural wave in an elastic isotropic plate under prescribed edge loading. For the latter, parabolic-elliptic explicit models were constructed and thoroughly investigated. A similar problem for a semi-infinite orthotropic plate resulted in a more general dual parabolic-elliptic model. Finally, an anal- ogous model was derived and analysed for two isotropic semi-infinite Kirchhoff plates under perfect contact conditions.

Las estructuras periódicas macroscópicas han sido objeto de una intensa investigación durante las dos últimas décadas debido a su capacidad de imitar fenómenos ondulatorios que son inherentes a la escala atómica. Aunque las placas perforadas son estructuras muy comunes en acústica, éstas parecen guardar propiedades de transmisión de sonido inexploradas, cuyo estudio ha sido impulsado por el descubrimiento de la Transmisión Óptica Extraordinaria en láminas de metal perforadas con agujeros distribuidos periódicamente cuando interactúan con la luz. En el presente trabajo se muestra que las placas perforadas no sólo presentan máximos de transmisión total resonante y mínimos de la anomalía de Wood cuando los agujeros están distribuidos de forma periódica, sino también apantallamiento acústico extraordinario debido al cortocircuito hidrodinámico producido por el acoplamiento entre la placa y el fluido. También se detalla el rol de los parámetros geométricos de las placas perforadas en las características de transmisión, ilustrando diferentes estrategias para moldear el espectro de transmisión. La transmisión acústica a través de placas de aluminio con perforaciones regulares sumergidas en agua presenta una alta complejidad tanto a incidencia normal como cuando se varía el ángulo de incidencia del sonido. Aparecen ondas de superficie radiantes provenientes de la vibración de la placa, lo cual es demostrado usando un nuevo modelo teórico que incluye el acoplamiento elastoacústico completo. Gracias al estudio complementario de la transmisión y la propagación en placa de una placa fonónica sólido-sólido se retrata una perspectiva completa del efecto del acoplamiento. Como consecuencia directa, se observan fenómenos de plegamiento y bandas de propagación prohibida en modos tipo Scholte-Stoneley sin necesidad de corrugaciones o de agujeros. Finalmente, se comparan las propiedades de transmisión de agujeros individuales y redes de agujeros para luz, electrones y sonido analizando y comentando sus diferencias. Se ha encontrado que, aunque para la luz la red de agujeros en sí misma lleva a transmisiones del 100% y modos atrapados a la superficie, esto no se produce ni para electrones ni para sonido. En consecuencia, las resonancias del agujero constituyen el mecanismo clave que posibilita la existencia de fenómenos exóticos en sonido. Los resultados principales aquí mencionados son explicados de manera detallada y comentados sobre la base de datos teóricos y experimentales. El objetivo general de esta tesis es dilucidar por medios teóricos y experimentales los fenómenos físicos que se hayan involucrados en la transmisión acústica a través de placas perforadas. En este estudio se usa esencialmente el método de transmisión de ultrasonidos bajo el agua. Los modelos teóricos desarrollados tienen en cuenta la configuración experimental para poder establecer comparaciones precisas entre las medidas y los cálculos. Se toman en cuenta diversos factores que pueden modificar la transmisión de sonido a través de placas perforadas tales como: - La orientación de la onda incidente con respecto a la placa. .- Los parámetros geométricos que definen la placa, es decir, la distancia entre agujeros, el diámetro de los mismos y el espesor de la placa. .- Los parámetros elásticos relacionados con el contraste de impedancia entre el sólido y el fluido. .- El material contenido en los agujeros, de modo que se estudian no sólo placas fonónicas constituidas por un fluido y un sólido sino también aquellas formadas por dos sólidos distintos. Para el caso particular de una placa fonónica constituida por dos sólidos se emplea además una técnica para medir las vibraciones de la placa directamente en su superficie con el fin de complementar las medidas de transmisión de ultrasonidos. Desde una perspectiva teórica, el problema ha sido abordado para estructuras infinitas partiendo de diversas hipótesis. / Estrada Beltrán, HA. (2011). Ultrasonic transmission through periodically perforated plates [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14119 / Palancia

Le problème de la propagation d'ondes sur une plaque plane élastique en contact avec deux liquides différents est traité. Une étude numérique détaillée montre les propriétés de l'onde A et l'existence d'une nouvelle onde (onde A*) quand deux fluides différents sont en contact avec la lame. Une étude expérimentale des ondes A et A* est ensuite menée en utilisant des techniques expérimentales particulières à la caractérisation de l'onde A: génération d'une onde non atténuée par une impulsion et caractérisation par analyse temps-fréquence. La propagation d'une onde dans un milieu monodimensionnel infini est ensuite étudiée en utilisant les espaces de Fourier bidimensionnels. Un soin particulier est accordé à l'étude d'une onde atténuée et dispersive générée à partir d'une impulsion brève. Un nouveau lien est alors mis en évidence entre le vecteur d'onde complexe et la pulsation complexe. Ce lien autorise ainsi, et pour la première fois, une caractérisation complète des représentations toutfréquence et vecteur d'onde-temps. Sur la base de ces résultats, deux aspects sont développés: d'une part la modélisation de la propagation d'une onde autour d'un tube immergé (milieu monodimentionnel limité) et d'autre part de nouvelles méthodes de traitement du signal. L'aspect résonant dû à la propagation sur un tube d'une onde générée par une impulsion est ainsi montré et modélisé. De nouvelles méthodes de caractérisation d'ondes de surface sont mises en place, permettant de mesurer vecteur d'onde et pulsation complexes, sur des distances très courtes de l'ordre de quelques longueurs d'ondes. En utilisant ces nouveaux outils, la propagation de l'onde A est étudiée expérimentalement sur un tube immergé dans l'eau. L'influence des paramètres géométriques du tube ainsi que de son remplissage est étudiée. De nouveaux phénomènes sont mis en évidence lorsque le liquide intérieur possède une vitesse de propagation du son inférieure à celle du liquide externe, l'onde A* est observée périodiquement spatialement. On montre que la représentation tout fréquence correspondant à la somme de tous ces échos est le produit de convolution de la représentation tout fréquence de l'onde A* seule avec un résonateur de Fabry-Perot. Ce modèle expérimental est en bon accord avec les résultats théoriques.

Le but de ce travail est la détection d'objets enfouis au fond de la mer à l'aide d'ondes sismo-acoustiques de surface de type Scholte.<br />Nous avons défini un système composé d'une antenne de capteurs multicomposante et d'un source impulsive disposés sur l'interface.<br />Le traitement du signal se décompose en deux temps: une étape d'estimation des caractéristiques de propagation des ondes est réalisée à partir de l'onde incidente sur l'antenne puis une image de détection est calculée par un traitement d'antenne adapté aux caractéristiques estimées, la dispersion et la polarisation.<br />Le traitement nécessite une modélisation fidèle du bruit sismo-acoustique, dont nous proposons des modèles.<br />Les performances ont une grande sensibilité au modèle de bruit, elles soulignent l'intérêt du traitement multicomposante.<br />La méthode a été favorablement validée par simulation d'ondes élastiques ainsi que sur des données réelles.<br />Elle demande à l'être expérimentalement en environnement contrôlé et en mer.