En sciences et dans l'industrie pour limiter le nombre de maquettes expérimentales dans les projets R&D afin de mieux comprendre et de bien interpréter les phénomènes ultrasonores complexes observés sur site, des simulations de contrôles ultrasonores sont effectuées. Ces simulations sont d'autant plus réalistes que la description des structures à contrôler est précise, en particulier au niveau des constantes d'élasticité et d'atténuation intrinsèque. Les objectifs de cette étude sont d'améliorer d'une part les connaissances sur l'influence des caractéristiques métallurgiques des matériaux anisotropes et hétérogènes sur la propagation ultrasonore et d'autre part les performances des codes de calcul (logiciel ATHENA d'EDF) qui nécessitent de disposer des données d'entrée pertinentes, notamment en ce qui concerne les constantes d'élasticité et l'atténuation ultrasonore. Cette étude est dédiée à la caractérisation des matériaux à gros grains, comme les aciers austéno-ferritiques moulés par centrifugation et les soudures en acier inoxydable austénitique ou en alliages à base nickel. Un système expérimental unique permettant de mesurer les constantes d'élasticité et l'atténuation en incidence oblique à été mis au point. Le point fort de ce dispositif est qu'il permet de travailler au-delà de l'angle critique longitudinal et donc de mesurer les propriétés d'atténuation des ondes transversales. Les constantes d'élasticité sont déduites des vitesses ultrasonores à partir d'un processus d'optimisation basé sur la résolution de problème inverse. Nous avons montré les potentialités d'algorithmes d'optimisation globaux tels que les algorithmes génétiques moins susceptibles de converger vers des minima locaux de la fonction à minimiser. Les résultats obtenus à partir des mesures expérimentales sont en accord avec la littérature. Des résultats de l'atténuation des ondes longitudinales et transversales par décomposition du faisceau en spectre d'ondes planes sont présentés.

Comprendre la propagation ultrasonore dans une structure poreuse, hétérogène et anisotrope telle que l'os trabéculaire est un vrai défi théorique. La théorie de Biot permet d'expliquer la présence et la vitesse des deux ondes longitudinales observées expérimentalement sous certaines conditions. En revanche, ne rendant pas compte des phénomènes de diffusion multiple, elle échoue a en prédire l'atténuation. Les théories de diffusion multiple sont une alternative, mais sont difficilement applicables à une structure si complexe. Des simulations numériques ont donc été menées dans des milieux constitués d'ellipsoïdes solides distribués aléatoirement dans un fluide, semblables à l'os trabéculaire, mais simplifiés et contrôlés. Cela a permis de mieux comprendre l'influence de quelques paramètres (porosité, anisotropie, ...) sur l'apparition des deux ondes. Nos résultats suggèrent que l'onde rapide serait guidée par les travées osseuses, tandis que l'onde lente se propagerait essentiellement dans le fluide. Par ailleurs, la théorie de Biot a pu être appliquée pour la première fois sans aucun ajustement de paramètre. Nous avons au passage montré que le calcul semi-analytique du champ diffusé par des cylindres elliptiques de grand rapport d'aspect était très instable numériquement, mais que ce problème pouvait être atténué en effectuant les calculs en précision arbitraire. Expérimentalement enfin, grâce à l'impression 3D, nous avons pu répliquer un échantillon d'os trabéculaire de cheval à l'échelle. En augmentant artificiellement l'anisotropie avant l'impression, pour la première fois avec un échantillon synthétique d'os trabéculaire, nous avons observé deux ondes longitudinales

UN FORMALISME TRES GENERAL SUR LA PROPAGATION D'ONDES ELASTIQUES DANS DES MILIEUX STRATIFIES DANS LESQUELS CHAQUE COUCHE A UNE ANISOTROPIE ET UNE EPAISSEUR QUELCONQUES A ETE DEVELOPPE. L'ECRITURE DES CONDITIONS AUX LIMITES A L'INTERFACE SEPARANT DEUX COUCHES SUCCESSIVES, PERMET D'EXPRIMER LES AMPLITUDES DES DEPLACEMENTS DES ONDES DANS CHAQUE COUCHE EN FONCTION DE CELLES DANS LA COUCHE PRECEDENTE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE MATRICE DE PROPAGATION DE CHAQUE COUCHE. PAR MULTIPLICATIONS DE MATRICES (66) ON OBTIENT UNE MATRICE DE TRANSFERT DE TOUT LE MULTICOUCHE. LA PROPAGATION DES ONDES DANS UN MULTICOUCHE PERIODIQUE, REPETITION D'UN MULTICOUCHE ANISOTROPE, CELLULE DE BASE DU PREMIER A ENSUITE ETE ETUDIEE. DANS CE CAS, LES ONDES PLANES SE PROPAGEANT DANS CHAQUE COUCHE DU MULTICOUCHE, ET APPELEES ONDES PLANES CLASSIQUES, SE RECOMPOSENT SOUS FORME DE COMBINAISONS LINEAIRES, POUR DONNER LES ONDES DE FLOQUET. ON PEUT ALORS CONSIDERER LE MILIEU MULTICOUCHE PERIODIQUE FINI COMME UN MILIEU EQUIVALENT DANS LEQUEL SE PROPAGENT LES ONDES DE FLOQUET. EN REFERENCANT LES ONDES DE FLOQUET A L'INTERFACE OU LEUR AMPLITUDE DE DEPLACEMENT EST FINIE, ON RESOUT LES PROBLEMES NUMERIQUES LIES A L'UTILISATION DES MATRICES DE TRANSFERT. DES BANDES D'ARRET ANGULAIRES OU EN FREQUENCE SUR LES COEFFICIENTS DE REFLEXION OU DE TRANSMISSION CORRESPONDENT A DES ONDES DE FLOQUET NON PROPAGATIVES. AFIN DE MIEUX COMPRENDRE LA CORRESPONDANCE ENTRE LES ONDES PLANES CLASSIQUES SE PROPAGEANT DANS CHAQUE COUCHE ET LES ONDES DE FLOQUET, NOUS AVONS DEFINI UN VECTEUR POLARISATION DE FLOQUET, DIFFERENT SELON LA COUCHE, ET NOUS AVONS TRACE DES COURBES DE DISPERSION ET DES SURFACES DES LENTEURS. ENFIN, AFIN DE VALIDER LE MODELE THEORIQUE, DES MESURES DE COEFFICIENTS DE REFLEXION ET DE TRANSMISSION ONT ETE FAITES SUR DES PLAQUES COMPOSITES EN CARBONE-EPOXYDE FOURNIES PAR L'AEROSPATIALE

L'OBJET DE CETTE THESE EST L'ETUDE DE QUELQUES EFFETS DE L'ANISOTROPIE ELASTIQUE SUR LA PROPAGATION D'ONDES ULTRASONORES AINSI QUE SES CONSEQUENCES SUR L'IMAGERIE. LE SYSTEME EXPERIMENTAL UTILISE EST BASE SUR L'EMPLOI D'UN LASER PULSE EN EMISSION ET D'UN INTERFEROMETRE LASER - OU D'UN TRANSDUCTEUR PIEZO-ELECTRIQUE - EN RECEPTION. UN INTERET PARTICULIER EST PORTE EN PREMIERE PARTIE SUR LES DIAGRAMMES DE DIRECTIVITE EN EMISSION ET EN RECEPTION DES SYSTEMES EXPERIMENTAUX. LA SIMULTANEITE DES MECANISMES THERMOELASTIQUE ET D'ABLATION LORS DE LA GENERATION ULTRASONORE A LA SURFACE D'UN SOLIDE A ETE DEMONTREE. LA SECONDE PARTIE EXPOSE D'UNE PART LES RESULTATS D'UNE ETUDE COMPAREE D'UNE MODELISATION NUMERIQUE ET PHYSIQUE D'UNE MEME EXPERIENCE APPARENTEE A UNE EXPERIENCE DE SISMIQUE DE PROSPECTION ENTRE PUITS. D'AUTRE PART, SONT COMMENTES LES RESULTATS D'UNE CARACTERISATION EXPERIMENTALE DE QUELQUES EFFETS DE L'ANISOTROPIE SUR LE CHAMP DE PROPAGATION D'ONDES ULTRASONORES (ONDES DE VOLUME, D'INTERFACE ET DE SURFACE), COMME L'EFFET DE TRIPLEMENT DES ONDES QUASI-TRANSVERSALES ET L'EFFET DE FOCALISATION - DEFOCALISATION - DES FAISCEAUX ACOUSTIQUES. ENFIN, LA TROISIEME PARTIE PRESENTE LES RESULTATS DE MODELISATIONS D'EXPERIENCES DE SISMIQUE REFLEXION, A DEUX DIMENSIONS, DANS DES MILIEUX ISOTROPES ET ANISOTROPES. L'ETUDE DES REFLEXIONS DANS UN MILIEU NATUREL MAIS FORTEMENT ANISOTROPE (SCHISTE ARDOISIER) ET L'INFLUENCE DE L'ANISOTROPIE SUR LES IMAGES RECONSTITUEES PAR TRAITEMENTS (MIGRATION) ISOTROPE ET ANISOTROPE DES ENREGISTREMENTS SONT PRESENTEES. NOUS AVONS DEMONTRE LA NECESSITE D'ADOPTER UN ALGORITHME ANISOTROPE AFIN D'IMAGER CORRECTEMENT LES STRUCTURES AU RISQUE D'OBTENIR UNE IMAGE FLOUE (ANOMALIE DE FOCALISATION DUE A UNE MAUVAISE VITESSE DE MIGRATION) ET/OU UN POSITIONNEMENT ERRONE DES REFLECTEURS (EFFET DE DELOCALISATION DU A LA DISTINCTION ENTRE LA DIRECTION D'ENERGIE ET LA DIRECTION DE PHASE). EN CONCLUSION, NOUS AVONS PU OBSERVER QUE CE SYSTEME EXPERIMENTAL AU STADE ACTUEL DE DEVELOPPEMENT TECHNOLOGIQUE EST UN OUTIL DE RECHERCHE PERFORMANT. CEPENDANT, SA FAIBLE SENSIBILITE, SA DYNAMIQUE DE RECEPTION LIMITEE ET LA LOURDEUR DE SA MISE EN UVRE LE RENDENT ACTUELLEMENT INADAPTE A LA REALISATION D'EXPERIENCES A GRANDES ECHELLES COMME AVEC LES CUVES ACOUSTIQUES TRADITIONNELLES

La th se porte sur une tude th orique et exp rimentale de l'att nuation des ultrasons dans les milieux l g rement h t rog nes. L' tude th orique est essentiellement consacr e aux mod les th oriques de la diffusion des ultrasons dans des milieux faiblement h t rog nes et au calcul de l'att nuation qui en d coule. Une relation th orique entre l'att nuation et la fr quence est tablit. L'att nuation dans les polycristaux est due principalement la diffusion des ondes caus e par les variations des propri t s locales du milieu. Pour mettre ce ph nom ne en vidence, diff rentes th ories ont t d velopp es telles que la th orie des perturbations, la diffusion simple, approximation de Born. Les r sultats des calculs seront toutefois limit s la r gion de Rayleigh. L' tude exp rimentale, porte sur la mesure de l'att nuation dans des chantillons d'acier. Plusieurs m thodes ont t utilis es pour la mesure des vitesses de propagation et de l'att nuation. Les r sultats obtenus ont permis de mettre en vidence la d pendance de l'att nuation en fonction de la fr quence.