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Soutenance de Thèse de Claude INSERRA

Soutenance de Thèse de Claude INSERRA

Lundi 3 Décembre 2007 à 14h00
4eme étage du bâtiment IAM

Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DU MAINE
Spécialité : ACOUSTIQUE

sujet :
Caractérisation de la compaction granulaire par des méthodes acoustiques linéaires et non linéaires

devant le jury composé de :

  • O. BOU MATAR Professeur, IEMN UMR-CNRS, Lille Rapporteur
  • J-L. THOMAS Chargé de recherche CNRS, INSP, Paris Rapporteur
  • B. GILLES Maître de conférences, INSERM U556, Lyon Examinateur
  • P. LAUGIER Professeur, LIP, Paris Examinateur
  • P. RICHARD Maître de conférences, GMCM, Rennes Examinateur
  • B. CASTAGNEDE Professeur LAUM, Le Mans Co-directeur de thèse
  • V. GUSEV Professeur LPEC, Le Mans Directeur de thèse
  • V. TOURNAT Chargé de recherche CNRS, LAUM, Le Mans Co-directeur de thèse

Résumé :
Récemment, un nombre croissant d’observations expérimentales et de modélisations ont été effectuées en acoustique non linéaire dans les matériaux micro-inhomogènes, comme les roches ou les milieux granulaires. Les méthodes d’acoustique non linéaire ont montré une forte sensibilité à la présence de défauts de la structure (fissures, contacts inter-grains), et sont notamment utilisées depuis peu pour le contrôle non destructif des matériaux fissurés ou endommagés.

Les milieux granulaires non consolidés, assemblages de grains non cohésifs, comportent des contacts internes qui leur assurent une forte non-linéarité acoustique. Ils constituent donc des matériaux d’étude intéressants mais présentent aussi des applications dans de nombreuses branches de l’industrie. En particulier, le processus de compaction, qui consiste à réduire le volume du milieu (par des vibrations extérieures le plus souvent) est très largement utilisé : stabilisation des sols avant construction, ballasts, stockage de matériaux agroalimentaires, etc. Dans ce travail de thèse, plusieurs effets d’acoustique non linéaire sont étudiés au sein d’un milieu granulaire non consolidé pour la caractérisation du processus de compaction.

Dans un premier temps, un dispositif expérimental de compaction d’un assemblage de billes de verre a été mis au point, comprenant une mesure de l’évolution du volume du matériau. Le milieu est sondé à l’aide d’ondes acoustiques ce qui permet de mesurer des paramètres tels que la variation de vitesse de propagation et l’atténuation linéaire acoustique.

Dans un second temps, la compaction du milieu granulaire est suivie par des méthodes d’acoustique non linéaire. L’étude de la génération d’harmoniques et de la génération de fréquence différence permet de quantifier l’évolution du paramètre de non-linéarité quadratique. Les rôles relatifs de l’élasticité non linéaire (variation des modules élastiques du milieu avec l’amplitude de l’onde) et de la dissipation non linéaire (variation de la dissipation acoustique avec l’amplitude de l’onde) sont analysés à l’aide de la méthode des résonances non linéaires. Un modèle, expliquant les observations effectuées, est développé et mène à la définition d’un nouveau paramètre non linéaire qui caractérise l’hystérésis non linéaire du milieu. Cet indicateur fournit des informations sur l’évolution de la distribution des forces entre les contacts au cours de la compaction granulaire.

Enfin, dans le but de mieux comprendre l’influence des chaînes de force (chaînes de billes plus fortement précontraintes que la moyenne) sur la propagation acoustique, un réseau granulaire cubique est modélisé. La possibilité de guider les ondes acoustiques, soit entre les chaînes de force, soit le long de celles-ci, est mise en évidence.

Mots clés : Acoustique non linéaire, Milieux granulaires, Compaction, Résonances non linéaires, Paramètre de Read, Réseau granulaire cubique, Chaînes de force, Clappement, Distribution de contacts.