LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

[2022] Acoustique des milieux poreux autosimilaires (fractals)

Plusieurs modèles ont été développés pour décrire la propagation acoustique dans les matériaux poreux, le modèle le plus général et le plus connu, proposé à l’origine par les géophysiciens, étant le modèle de Biot. Ce modèle a été adapté pour la description des matériaux poreux saturés d’air en développant le modèle du fluide équivalent. En particulier des nouveaux paramètres ont été introduits pour étendre la validité du modèle à un large domaine fréquentiel et pour l’élargir aux milieux poreux à micro- géométries très différentes (fibres, pores, grains). Le Modèle de Biot a été également adapté à la propagation ultrasonore dans les tissus osseux.

Encadrement

  • Directeur de thèse : Zine El Abiddine Fellah (HDR CR CNRS) / Email : Fellah@lma.cnrs-mrs.fr
  • Co-encadrant : Erick Ogam (IR CNRS)

Les matériaux poreux sont omniprésents dans notre environnement. Le sol et les roches en sont les exemples naturels les plus courants et dont la caractérisation présente un intérêt de premier ordre dans de multiples domaines (géologie, industrie pétrolière,...). Les matériaux de construction (comme les bétons et les revêtements routiers), les matériaux dits acoustiques et bien d’autres utilisés dans les transports, le bâtiment, les infrastructures, etc., trouvent aujourd’hui des applications dans le domaine de la réduction des nuisances sonores (au cours des vingt dernières années, les normes acoustiques devenues de plus en plus sévères font de la lutte contre les nuisances sonores un facteur économique clé). Les matériaux en usage sont aujourd’hui soumis à des contrôles non destructifs de plus en plus sévères et la demande de performances accrues de ces contrôles reste totalement à l’ordre du jour. Enfin, les tissus vivants, tissus osseux, poumons, etc., font l’objet d’analyses de plus en plus poussées en vue du diagnostic de certaines pathologies telles que l’ostéoporose, analyses qui nécessitent leur description précise en termes de matériaux. Ainsi, qu’il s’agisse d’études relevant de la sismique, de l’acoustique de l’environnement, du contrôle non destructif, du diagnostic médical, pour en rester à l’essentiel, les enjeux considérables (en termes d’application des techniques acoustiques appliquées aux matériaux) ouvrent largement la voie à des études fondamentales sur la propagation des ondes acoustiques dans les milieux poreux, la modélisation de leurs caractéristiques et de leurs défauts, les techniques expérimentales à mettre en œuvre pour les caractériser, les moyens à prévoir pour assurer le transfert vers les applications :
- Géophysique (pétrole, gaz, eau) ;
- Médecine (os, ostéoporose) ;
- Acoustique des bâtiments (confort, atténuation du bruit) ;
- Transport (aéronautique, train, voiture).

Dans le travail proposé, on s’intéressera à ces différents aspects :
- Théorique : par l’amélioration des modèles existants de l’interaction fluide-solide qui devra prendre en compte la microstructure du milieu ; développement de nouveaux modèles, on étudiera en particulier les effets induits par son autosimilarité liée à sa fractalité.
- Expérimental : par la conception et la réalisation de montages pour la caractérisation des milieux poreux (matériaux calibrés imprimés en 3D, matériaux naturels, nouveaux matériaux...etc) aussi bien en ultrasons qu’en basses fréquences.
- Numérique : par la production de codes de calculs (matlab, python,...etc) : i) permettant la comparaison théorie/expériences et l’inversion des données expérimentales, ii) simulation sur des systèmes réels.

Une collaboration scientifique pourrait être envisagée avec R. Roncen de l’ONERA Toulouse dans le cadre d’une collaboration de recherche LMA-ONERA.


Plus d’informations et bibliographie :

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