Dispersion et scattering des ondes acoustiques par des structures dissipatives, rayonnantes et périodiques : surfaces et interfaces métaporeuses

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés acoustiques des surfaces et interfaces métaporeuses. Les mousses acoustiques sont traditionnellement très utilisées pour l’isolation acoustique, mais leurs performances à basse fréquence restent limitées en raison de la contrainte d’épaisseur des couches de matériaux. La recherche autour des surfaces métaporeuses s’est développée au cours de la dernière décennie afin de pallier ces limites. Ces structures sont constituées de couches poreuses ou poroélastiques dans lesquelles sont intégrés des obstacles (ou diffuseurs) périodiques identiques de forme arbitraire.Plusieurs techniques de modélisation numérique ont été développées dans ces travaux afin de mieux comprendre le comportement acoustique des surfaces et interfaces métaporeuses, avec deux objectifs en tête : le calcul et l'analyse 1) des propriétés de scattering de la structure et 2) de la relation de dispersion en nombre d’onde complexe - fréquence réelle des ondes existantes dans la structure.Les propriétés de scattering sont calculées à l'aide d'une méthode couplant des éléments finis pour modéliser la propagation des ondes dans la cellule unitaire (la couche poreuse ou poroélastique dans laquelle est intégré l’obstacle de forme arbitraire) avec une description analytique en ondes planes pour modéliser les ondes diffusées (réfléchies et transmises) par la structure. Ce couplage est réalisé à l’aide d’un formalisme en vecteur d'état.La relation de dispersion en nombre d'onde - fréquence réelle des ondes guidées fuyantes est résolue en tenant compte de la dissipation à l'intérieur de la couche et de la fuite d'énergie dans le demi-espace fluide. Bien que la propagation des ondes dans des milieux poreux et poroélastiques homogènes soit bien connue dans la littérature, les effets combinés de pertes par dissipation et par rayonnement (ainsi que l’effet de la périodicité) restent à étudier. Deux méthodes numériques sont développées à cette fin: la SCM est présentée pour des structures multicouches homogènes (non périodiques) arbitraires, tandis que la méthode utilisée pour le calcul du scattering est adaptée aux structures métaporeuses (périodiques). Ce travail ouvre la voie à une meilleure compréhension des mécanismes physiques sous- jacents dans les structures acousto-élastiques impliquant des pertes par dissipation et par rayonnement.