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Theses Year : 2020

Superabsorbing metamaterials for underwater acoustics

Développement de métamatériaux super-absorbants pour l’acoustique sous-marine

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Abstract

The constant evolution of sonar performance requires new designs of absorbent coatings for underwater acoustics. Such coatings are used to improve stealth of submarines but can also improve the efficiency of on-board detection systems. Bubble meta-screens (reminiscent of the so-called Alberich coatings) are a possible solution to tackle this issue. A bubble meta-screen consists of a periodic distribution of sub-wavelength air cavities trapped in a visco-elastic matrix. The cavities acoustically behave as bubbles and exhibit a low frequency resonance, known as the Minnaert resonance. Under certain conditions, the meta-screen can achieve a total absorption when placed in front of a perfect reflector. This doctoral work allowed us to build a phenomenological model, validated by numerical simulations and experiments, which can predict the reflection and transmission coefficients of the meta screen as a function of its geometric and rheological characteristics. Our model takes into account the influence of the temperature and static pressure on the performance of a meta-screen, as well as the role played by the shape of the cavities.
L’évolution constante des performances des sonars nécessite de nouveaux designs de revêtements absorbants pour l’acoustique sous-marine. De tels revêtements sont utilisés pour améliorer la furtivité des sous-marins, mais ils permettent également d’accroître l’efficacité des systèmes de détection embarqués. Les méta-écrans bulleux (lointains descendants des revêtements de type Alberich) représentent une solution possible pour répondre à cet enjeu. Ils sont constitués d’une distribution périodique bi-dimensionnelle de cavités d’air de taille sub-longueur d’onde emprisonnées dans une matrice viscoélastique. Lorsqu’elles sont excitées par une onde acoustique, les cavités se comportent comme des bulles d’air, et présentent une résonance basse fréquence, dite de "Minnaert". Sous certaines conditions, le méta-écran bulleux permet d’atteindre une absorption totale lorsqu’il est placé devant un réflecteur parfait. Ce travail de thèse a permis la mise au point d’un modèle phénoménologique, validé par des simulations numériques et des mesures en cuve, pour prédire les coefficients de réflexion et de transmission d’un méta-écran bulleux en fonction de ses caractéristiques géométriques et rhéologiques. Ce modèle prend en compte l’influence de la température et de la pression statique sur les performances du méta-écran, ainsi que celle de la forme des cavités.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03132690 , version 1 (05-02-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03132690 , version 1

Cite

Margaux Thieury. Développement de métamatériaux super-absorbants pour l’acoustique sous-marine. Physique [physics]. Université Paris sciences et lettres, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPSLS004⟩. ⟨tel-03132690⟩
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