Cet ouvrage propose une méthode de construction de schémas numériques de grande précision sur la base d'une analyse spectrale de l'erreur. Ces schémas sont appliqués à la propagation des ondes mais ils peuvent l'être à la résolution par différences finies de tout autre système d'équations aux dérivées partielles. Plusieurs formulations du problème continu sont exposées mais on retient la formulation en vitesses de déplacement et en contraintes. D'autre part, une analyse des caractéristiques des équations de la propagation conduit à faire une comparaison avec les caractéristiques des équations de la mécanique des fluides et d'indiquer les conditions de la filiation. La discrétisation des équations est basée sur les schémas en grilles décalées. On effectue des développements de Taylor à des ordres élevés et une analyse de l'erreur de discrétisation par transformée de Fourier. Puis, on introduit la notion d'approximation optimale en contraste avec les approximations basées sur l'erreur de troncature. Les schémas construits restent de type convolutif. Le calcul s'avère très efficace sur la base de l'erreur relative de discrétisation. L'algorithme de calcul des coefficients d'approximation optimale est fourni en Fortran dans une annexe. L'élévation de l'ordre en temps consiste à reporter le calcul des dérivées d'ordre élevé en temps sur des dérivées d'ordre élevé en espace. Enfin, l'analyse des conditions de stabilité et de dispersion est réalisée pour prendre en compte l'approximation optimale des dérivées pour des ordres élevés en espace et en temps.

Cet ouvrage propose une méthode de construction de schémas numériques de grande précision sur la base d'une analyse spectrale de l'erreur. Ces schémas sont appliqués à la propagation des ondes mais ils peuvent l'être à la résolution par différences finies de tout autre système d'équations aux dérivées partielles. Plusieurs formulations du problème continu sont exposées mais on retient la formulation en vitesses de déplacement et en contraintes. D'autre part, une analyse des caractéristiques des équations de la propagation conduit à faire une comparaison avec les caractéristiques des équations de la mécanique des fluides et d'indiquer les conditions de la filiation. La discrétisation des équations est basée sur les schémas en grilles décalées. On effectue des développements de Taylor à des ordres élevés et une analyse de l'erreur de discrétisation par transformée de Fourier. Puis, on introduit la notion d'approximation optimale en contraste avec les approximations basées sur l'erreur de troncature. Les schémas construits restent de type convolutif. Le calcul s'avère très efficace sur la base de l'erreur relative de discrétisation. L'algorithme de calcul des coefficients d'approximation optimale est fourni en Fortran dans une annexe. L'élévation de l'ordre en temps consiste à reporter le calcul des dérivées d'ordre élevé en temps sur des dérivées d'ordre élevé en espace. Enfin, l'analyse des conditions de stabilité et de dispersion est réalisée pour prendre en compte l'approximation optimale des dérivées pour des ordres élevés en espace et en temps.

L’utilisation des ondes élastiques touche des domaines aussi variés que l’évaluation non destructive des matériaux, la médecine, la sismologie ou les télécommunications. Ondes élastiques dans les solides 1 présente les différents modes de propagation des ondes élastiques dans des milieux et des structures de plus en plus complexes. Il étudie en premier lieu la propagation dans un solide illimité où seules les propriétés du matériau sont à prendre en compte. Il analyse ensuite des phénomènes de réflexion et de transmission à une interface avec un fluide ou un second solide. Il expose la recherche des modes de propagation sur une surface libre ou à l’interface entre deux milieux. Enfin, il propose une étude de la propagation dispersive des ondes élastiques guidées par une plaque ou un cylindre. Cet ouvrage s’adresse aux étudiants des masters d’acoustique, de mécanique, de géophysique, aux élèves ingénieurs ainsi qu’aux enseignants-chercheurs de ces disciplines.

Etude de différents problèmes liés à l'analyse mathématique et numérique de phénomènes de propagation d'ondes linéaires. Simulation numérique de la propagation d'ondes acoustiques ou élastiques en milieu borné. Construction et analyse d'approximations paraxiales de l'équation des ondes en milieu hétérogène. Electromagnétisme et équations de Maxwell. Existence d'ondes élastiques guidées par l'extérieur d'une cavité cylindrique de section arbitraire.

La propagation des ondes élastiques est un phénomène physique complexe dont la modélisation dans les milieux hétérogènes nécessite l’utilisation de solveurs numériques adaptés. Lorsque la longueur d’onde minimale du champ d’onde est grande devant les variations des propriétés élastiques du milieu de propagation, le coût calcul devient disproportionné. Dans ce cadre, la méthode d’homogénéisation permet de simplifier le milieu de propagation tout en contrôlant l’erreur commise sur les solutions calculées par le solveur. De plus, cette méthode permet de mieux comprendre physiquement l’effet des petites hétérogénéités sur les champs d’onde. L’objectif de cette thèse est de développer des extensions de la méthode d’homogénéisation visant à améliorer tant l’efficacité du calcul numérique que notre compréhension de la propagation des ondes en milieux complexes. Au premier chapitre nous rappelons les principes de la méthode des éléments spectraux, servant ici de solveur numérique pour l’équation des ondes, ainsi que ceux de la méthode d’homogénéisation déterministe pour les milieux non périodiques. Dans le second chapitre, nous développons l’homogénéisation pour les milieux purement acoustiques que nous utilisons ensuite pour interpréter les différences entre la propagation des ondes P élastiques et celle des ondes acoustiques. Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons à une optimisation de l’homogénéisation lorsque la longueur d’onde dominante varie fortement spatialement. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous exposons une extension permettant d’homogénéiser la différence entre deux modèles élastiques, l’homogénéisation résiduelle, et deux de ses applications.

L’utilisation des ondes élastiques touche des domaines aussi variés que l’évaluation non destructive des matériaux, la médecine, la sismologie ou les télécommunications. Ondes élastiques dans les solides 2 analyse le rayonnement, la diffusion et la génération de ces ondes. Il traite de l’émission d’ondes de volume ou de surface par des sources localisées sur la surface d’un solide isotrope ou anisotrope. Il examine la diffusion d’une onde élastique longitudinale ou transverse par une ou plusieurs hétérogénéités, de forme cylindrique ou sphérique. Enfin, il décrit les méthodes et les dispositifs utilisés pour engendrer et détecter les différentes ondes élastiques, par effet piézoélectrique ou par l’interaction avec un faisceau laser. De nombreuses figures illustrent ces phénomènes. Des ordres de grandeur des paramètres caractéristiques sont aussi régulièrement présentés dans le texte. Cet ouvrage s’adresse aux étudiants des masters d’acoustique, de mécanique, de géophysique, aux élèves ingénieurs ainsi qu’aux enseignants-chercheurs de ces disciplines.

La notion de son n'est pas attachée uniquement aux phénomènes aériens responsables de la sensation auditive, mais aussi à tous les autres phénomènes qui sont gouvernés par des principes physiques analogues. C'est ainsi que les perturbations trop «graves» (infrasons) ou trop «aiguës» (ultrasons) ...