Propagation non-réciproque d’ondes sonores par l’usage de l’effet thermoacoustique ou d’éléments actifs

Ce travail est consacré à la conception de systèmes acoustique non-réciproques, en faisant usage soit de l'effet thermoacoustique, soit d’éléments actifs munis d’une boucle de rétroaction électroacoustique asymétrique. Ces deux méthodes permettent de briser la réciprocité des ondes sonores aériennes en basse fréquence et sur une large bande, tout en préservant la linéarité du système considéré. Les deux méthodes étant basées sur un apport d’énergie externe (travail ou chaleur), elles ont également la propriété intéressante d’introduire du gain ou de la perte dans le système.L'effet thermoacoustique est mis en jeu dans des matériaux poreux placés dans un guide d’onde, et soumis à une différence de température le long de l'axe du guide. Cet effet non-réciproque permet d'amplifier ou bien d'atténuer la puissance acoustique, selon la direction de propagation de l’onde incidente et le signe du gradient de température. Dans ce travail, nous démontrons que cet effet peut être utilisé avantageusement pour contrôler les ondes sonores dans deux cas distincts. Le premier cas traite du problème classique de l'absorption des ondes sonores, et plus particulièrement en basses fréquences. Il est notamment montré que la limite conventionnelle d’absorption d’un matériau résistif peut être largement surpassée en refroidissant l’une des faces du matériau. Le second cas porte sur la conception d'un amplificateur thermoacoustique basé sur la mise en cascade de noyaux thermoacoustiques, avec pour application potentielle la valorisation de chaleur perdue.Un haut-parleur muni d'une boucle de rétroaction électroacoustique asymétrique permet également de rompre la réciprocité acoustique. Ce type de dispositif est tout d’abord étudié dans le contexte des systèmes topologiques non hermitiens. Il est montré qu'un modèle acoustique analogue à celui de Hatano-Nelson peut être réalisé à l'aide d’un nombre fini de cellules, chacune constituée d’un haut-parleur muni d’une boucle de rétroaction. Par ailleurs, il est également montré qu’une paire de ces mêmes cellules peut être utilisée pour concevoir un biporte acoustique non-réciproque, dont les propriétés de diffusion originales et exotiques peuvent être aisément contrôlées via l’ajustement du gain de chaque boucle de rétroaction.