A. TERROIR

Soutenance : 25 Mars 2022
Thèse de doctorat en Acoustique, Université de Lille, ENGSYS Sciences de l’ingénierie et des systèmes,

Résumé :

Dans le cadre de l’acoustique sous-marine, la détection de bâtiments est aujourd’hui un sujet largement étudié. Les revêtements de coques permettent d’échapper à cette détection mais il est nécessaire d’améliorer leurs performances pour suivre le développement des systèmes SONAR, en particulier pour les basses fréquences. Les métamatériaux sont utilisés dans ce but pour leurs propriétés de filtrage fréquentiel et de résonance locale. Cependant une autre stratégie consiste à s’intéresser aux métamatériaux architecturés permettant l’obtention de propriétés mécaniques hors du commun, par exemple un coefficient de Poisson anti-auxétique, c’est-à-dire supérieur à 0,5. Dans cette thèse, une structure permettant d’obtenir de tels coefficients de Poisson est étudiée, dans le cas de volumes infinis puis adaptée au cas de plaques d’épaisseur finie, par des outils numériques basés sur la simulation éléments finis. Une méthode d’homogénéisation dans la limite des grandes longueurs d’onde est développée à partir des outils numériques en exploitant les courbes de dispersion et est utilisée pour obtenir les propriétés effectives de la structure aussi bien en volume qu’en plaque. Dans le cas de la plaque, le modèle est adapté afin de prendre en compte une densité matricielle. La structure en plaque est ensuite caractérisée en statique par des essais en traction et en dynamique par l’identification des modes de flexion. Ces tests permettent de mettre en évidence les limites de validité du modèle d’homogénéisation. Enfin, des revêtements sont conçus à partir de la structure architecturée pour répondre aux objectifs de performances fixés, notamment en basses fréquences, pour la furtivité sous-marine. Plusieurs panneaux sont alors proposés.

Abstract :

In the context of underwater acoustics, the detection of vessels is now a widely studied subject. Hull coatings allow to avoid this detection but it is necessary to improve their performances to follow the development of SONAR systems, in particular for low frequencies. Metamaterials are used for this purpose for their frequency filtering and local resonance properties. However, another strategy is to focus on metamaterials with unusual mechanical properties, such as an anti-auxium Poisson’s ratio, i.e. greater than 0.5. In this thesis, a structure allowing to obtain such Poisson’s ratio is studied, in the case of infinite volumes and then adapted to the case of plates of finite thickness, by numerical tools based on finite element simulation. A homogenization method in the long wavelength limit is developed from the numerical tools by exploiting the dispersion curves and is used to obtain the effective properties of the structure both in volume and in plate. In the case of the plate, the model is adapted to take into account a matrix density. The plate structure is then characterized statically by tensile tests and dynamically by the identification of bending modes. These tests allow to highlight the limits of validity of the homogenization model. Finally, coatings are designed from the architectural structure to meet the performance objectives set, especially in low frequencies, for underwater stealth. Several panels are then proposed.