Cette thèse est une contribution au développement d'un procédé tactile acoustique basé sur la perturbation des ondes de Lamb, permettant de détecter un toucher simple ou des touchers multiples sur des objets minces de forme quelconque. Après avoir étudié la propagation des modes de Lamb dans les objets minces par exemple les plaques de cuivre d'épaisseur 450 µm, nous avons observé, que l'énergie des ondes de Lamb antisymétriques était essentiellement due à la composante normale de déplacement et qu'il était aisé de perturber un mode de flexion par un toucher surfacique réalisé avec le doigt ou ponctuel avec la pointe d'un stylo, tandis que dans le cas d'un mode symétrique, l'énergie était essentiellement distribuée sur la composante de déplacement tangentielle et en conséquence plus difficilement perturbée par une interaction tactile. Nous avons en conséquence exploité le toucher sur une plaque mince perturbant le rayonnement d'une onde acoustique dans l'objet et réalisé en pratique une mesure de la perturbation d'un signal de diffraction des ondes de Lamb en un ou deux points récepteurs d'une plaque. Ainsi, une méthode de localisation basée sur la diffraction des ondes a été proposée, pour obtenir une interface tactile compacte, performante et faible coût. Cette méthode nommée méthode de la Figure de Diffraction Perturbée en Amplitude (FDPA) peut rendre une surface tactile avec une résolution spatiale de l'ordre du millimètre et un temps de réponse inférieur à 10 ms. Deux méthodes d'optimisation sont proposées pour obtenir un taux de localisation correcte proche de 100%. Le procédé tactile et les méthodes d'optimisation présentés dans cette thèse ont été testés sur plusieurs types d'objets, réalisés dans des matériaux différents et sous différentes formes géométriques. Ces réalisations ont montré des performances satisfaisantes en termes d'encombrement, de consommation et de fiabilité de localisation pour des touchers simples et multiples.

Ce travail de thèse adresse les phénomènes en jeux dans les interfaces tactiles par ondes de Lamb avec, d’une part, l’influence des perturbations engendrées par les touchers d’utilisateurs et, d’autre part, l’influence des conditions environnementales sur les matériaux et l’algorithme de localisation.Dans une première partie, des mesures expérimentales du comportement viscoélastique de l’index ont été réalisées et relient l’effort et l’angle d’appui à la superficie de contact elliptique par une loi en puissance. Les impédances acoustiques caractéristiques du doigt et de divers matériaux ont été mesurées pour les ondes longitudinales et transversales. Ces paramètres sont représentatifs de la capacité à perturber la propagation d’ondes dans une cavité acoustique. En s’appuyant sur ces résultats, un doigt artificiel a été conçu, permettant des mesures automatisées ou des calibrations répétables de surfaces tactiles.Dans une seconde partie, l’influence des conditions de température et d’humidité relative sur les propriétés mécaniques a été étudiée par l’analyse des vitesses et des atténuations des ondes de volumes dans deux thermoplastiques différents. Alors que l’ABS injecté présente des vitesses de propagation linéairement dépendantes avec la température, elles ont une dépendance quadratique dans le cas d’un polyamide fritté. La sensibilité des ondes de Lamb aux conditions climatiques est estimée à partir des propriétés des matériaux et permet de déduire les modifications des spectres de réponse d’un toucher sur une coque, autorisant une compensation de l’algorithme de localisation. Enfin, différentes pistes d’amélioration du contrôle des ondes guidées et de l’algorithme sont proposées en s’appuyant sur l’utilisation de matériaux viscoélastiques et de représentations temps-fréquence. / This work addresses the phenomena taking place in Lamb wave tactile interfaces by studying the perturbation due to a user touch, and the influence of environmental conditions on materials and localization algorithm.In the first part, viscoelastic measurements of the index finger show a power law relation between force, angle and elliptic area of the contact. The acoustic impedances of index finger and different materials have been measured for longitudinal and transversal waves. These parameters are representatives of the ability to perturb the propagation of waves in the acoustic cavity. From these results, an artificial finger has been designed and allows automated measurements and repeatable calibration of tactile surfaces to be carried out.In the second part, the influence of temperature and humidity on mechanical properties is investigated by analyzing velocities and attenuations of bulk waves in two different thermoplastics. While velocities are linearly dependent on temperature for injected ABS, they are quadratically dependent for the sintered polyamide. Sensibility of Lamb waves to the environmental conditions is estimated with material properties and allows the modifications of the spectral response of a touch to be calculated. That enables compensations in the localization algorithm.Finally, various improvements in the control of guided waves and localization algorithm are proposed. They rely on viscoelastic materials and time-frequency representations.

Cette thèse est une contribution au développement d'un procédé tactile acoustique basé sur la perturbation des ondes de Lamb, permettant de détecter un toucher simple ou des touchers multiples sur des objets minces de forme quelconque. Après avoir étudié la propagation des modes de Lamb dans les objets minces par exemple les plaques de cuivre d'épaisseur 450 µm, nous avons observé, que l'énergie des ondes de Lamb antisymétriques était essentiellement due à la composante normale de déplacement et qu'il était aisé de perturber un mode de flexion par un toucher surfacique réalisé avec le doigt ou ponctuel avec la pointe d'un stylo, tandis que dans le cas d'un mode symétrique, l'énergie était essentiellement distribuée sur la composante de déplacement tangentielle et en conséquence plus difficilement perturbée par une interaction tactile. Nous avons en conséquence exploité le toucher sur une plaque mince perturbant le rayonnement d'une onde acoustique dans l'objet et réalisé en pratique une mesure de la perturbation d'un signal de diffraction des ondes de Lamb en un ou deux points récepteurs d'une plaque. Ainsi, une méthode de localisation basée sur la diffraction des ondes a été proposée, pour obtenir une interface tactile compacte, performante et faible coût. Cette méthode nommée méthode de la Figure de Diffraction Perturbée en Amplitude (FDPA) peut rendre une surface tactile avec une résolution spatiale de l'ordre du millimètre et un temps de réponse inférieur à 10 ms. Deux méthodes d'optimisation sont proposées pour obtenir un taux de localisation correcte proche de 100%. Le procédé tactile et les méthodes d'optimisation présentés dans cette thèse ont été testés sur plusieurs types d'objets, réalisés dans des matériaux différents et sous différentes formes géométriques. Ces réalisations ont montré des performances satisfaisantes en termes d'encombrement, de consommation et de fiabilité de localisation pour des touchers simples et multiples.