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

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

Le travail développé dans cette thèse vise l'étude de la génération photo-acoustique dans les microstructures. Des moyens de calcul sont développés pour représenter les différents mécanismes intervenant lors de l'interaction entre un faisceau laser rectiligne impulsionnel et la matière. Trois modèles multidimensionnels sont mis en oeuvre afin d'incorporer les effets thermo-élastique et de déformation électronique. Le premier considère l'effet de la pénétration optique sur la génération acoustique pour les milieux semi-transparents et transparents. Les formes d'ondes obtenues pour différentes directions d'observation ont ainsi permis d'interpréter les nouvelles contributions issues de la génération photo-acoustique simultanée dans toute l'épaisseur pour les milieux transparents. Dans le deuxième modèle, l'effet de la diffusion thermique est considéré en plus de la pénétration optique. La signature de la diffusion thermique sur les formes d'ondes se trouve sur les formes des précurseurs. Les effets électroniques sont ensuite pris en compte, en plus des effets photo-thermiques, par un modèle multidimensionnel pour des milieux semiconducteurs anisotropes. Ce dernier modèle considère un système partiellement couplé décrivant les ondes de plasma ( diffusion de la densité électronique), les ondes thermiques et les ondes acoustiques. Les formes d'onde obtenues pour un monocristal de silicium sont données pour différents niveaux d'énergie incidente à la longueur d'onde 1064 nm. L'évolution de ces formes d'ondes montre la dominance des effets photo-électroniques pour les bas niveaux d'énergie incidente. Puis, le problème inverse consistant en la mesure des coefficients d'élasticité à partir des signaux collectés, est considéré. La fiabilité de la mesure est discutée en regard des dimensions de la source: sa profondeur et sa largeur

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le rayonnement d’ultrasons générés par des sources laser linéiques ou ponctuelles dans des milieux anisotropes, de géométries planes monocouches ou bicouches ou de géométries cylindriques, et sur son application à la mesure du tenseur d’élasticité. Un dispositif classique d’ultrasons laser, constitué d’un laser YAG et d’une sonde interférométrique, permet d’étudier la réponse de cylindres de diamètres millimétriques à diferentes interactions laser-matière. Un dispositif d’acoustique picoseconde est aussi utilisé afin d’étudier la diffraction d’ondes acoustiques dans des films plans d’épaisseurs micrométriques. Des modèles numériques ont été développés pour rendre compte des signaux obtenus expérimentalement. L’influence des réflexions optiques sur les interfaces est notamment analysée. L’écriture des fonctions de directivité en milieux anisotropes pour des sources volumiques et l’étude des diagrammes de directivité correspondant apportent par ailleurs des renseignements qualitatifs nécessaire à l’interprétation des signaux.

NOUS NOUS ATTACHONS A IDENTIFIER PAR ULTRASONS LASER, LE TENSEUR D'ELASTICITE DE MILIEUX ANISOTROPES VISCOELASTIQUES. LA SIMULATION DE LA SIGNATURE ACOUSTIQUE (PROBLEME DIRECT) A TOUT D'ABORD ETE REALISEE POUR UN MILIEU ANISOTROPE VISCOELASTIQUE CONNU, DANS LE CAS D'UNE SOURCE RECTILIGNE IMPULSIONNELLE. LES FORMES D'ONDE OBTENUES POUR UN GRAND NOMBRE DE DIRECTIONS D'OBSERVATION ONT AINSI PERMIS D'INTERPRETER LE PROFIL DES SIGNAUX ENREGISTRES LORS DE L'EXPERIENCE. LA DONNEE DE CES FORMES D'ONDE SYNTHETIQUES A PAR LA SUITE AUTORISE L'IDENTIFICATION DES CONSTANTES D'ELASTICITE DU MILIEU A PARTIR DU CALCUL DES VITESSES DES ONDES (PROBLEME INVERSE). A CETTE FIN, L'EMPLOI D'UNE TECHNIQUE DE TRAITEMENT DES SIGNAUX, DE TYPE TRANSFORMEE EN ONDELETTES EST NECESSAIRE. COMME APPLICATION, LA RESOLUTION DU PROBLEME INVERSE POUR DES COMPOSITES A MATRICE ORGANIQUE A ETE MENEE AVEC SUCCES. IL CONCERNE L'IDENTIFICATION DES NEUF CONSTANTES D'ELASTICITE D'UN COMPOSITE A SYMETRIE ORTHOTROPE. CES COEFFICIENTS ETANT IDENTIFIES AVEC FIABILITE, LE PROCEDE EST RECONDUIT POUR DIFFERENTS PALIERS DE TEMPERATURE. L'EXPERIENCE MET EN LUMIERE L'ANISOTROPIE DES EVOLUTIONS DES COEFFICIENTS LORS D'UNE SOLLICITATION THERMIQUE. CES EVOLUTIONS SONT A CORRELER AVEC LE COMPORTEMENT MECANIQUE DES DEUX CONSTITUANTS (RENFORT ET MATRICE) DU MATERIAU EN FONCTION DE LA TEMPERATURE.