2016

    • Trapped waves and resonance in turbulent jets, by Peter Jordan (P', CNRS, Poitiers)

      2016
      09
      06

      Tonal behaviour has been observed in high-Reynolds number, isothermal, turbulent jets issuing from nozzles with fully turbulent boundary layers. We show that the behaviour is due to acoustic waves that are trapped, both laterally and longitudinally, in the potential core of the flow. The lateral trapping occurs because the shear layer acts as a pressure-release surface for certain frequencies and azimuthal wavenumbers; while the longitudinal trapping is due to turning points associated with the streamwise thickening of the shear-layer.

      By studying the dispersion relations for the soft-walled duct, the cylindrical vortex sheet and then comparing these with numerical eigen-solutions of the linearised Euler equations for circular jets with  finite-thickness shear layers, we identify the families of waves and saddle-points that underpin the resonance phenomena.

      A second study is then performed where a sharp edge is introduced into the nearfield of the jet, so as to mimic the effect of the trailing edge of a wing. A rich spectrum of tones (many of which are over 160dB) are produced and shown to be due to an equally rich variety of edge-tone mechanisms underpinned by the wave families identified in the first study.

    • Quand l’AFM rencontre l’InfraRouge ! Des biopolymères au parchemin : Étude morphologique et chimique à l’échelle sub-micronique par nanospectroscopie IRAlexandre Dazzi (LCP, Université Paris Sud-Orsay)

      2016
      06
      28

      LAUM, salle de conférence, mardi 28 juin 2016, 11 h

      Le principal avantage de la spectroscopie infrarouge est de pouvoir sonder les vibrations et rotations moléculaires des composés organiques pour leur identification. Le potentiel des applications s’étend de la recherche fondamentale en chimie à la recherche appliquée en milieu industriel comme l’agronomie (contrôle de qualité des aliments, ..) en passant par le diagnostique médical (analyse des tissus cancéreux, identification des micro-organismes).

      L’association de la microscopie avec la spectroscopie IR est devenu un outil extrêmement puissant et a permis de faire de l’analyse chimique à l’échelle micrométrique. L’inconvénient majeur de la technique est sa limitation en résolution qui ne permet pas d’étudier des échantillons plus petits que quelques microns. Pour répondre à ce manque d’outil analytique, nous avons développé, au sein du laboratoire de Chimie Physique de l’Université Paris-Sud, une nouvelle technique (AFMIR, brevet US11/803421), basée sur la détection mécanique de l’effet photothermique induit par l’absorption, pour être capable d’obtenir des spectres IR utilisables et interprétables. Ce système est maintenant commercialisé par la société Anasys Instruments (Californie, USA) qui propose un dispositif performant, permettant de réaliser des spectres dans le moyen infrarouge avec une largeur spectrale pouvant aller jusqu’à 0.1 cm-1, tout en ayant une résolution spatiale du nanomètre.

      L’exposé comportera deux parties :

      • la première partie, présentée donnera une description détaillée de la technique AFM-IR et de ses différentes modalités

      • la seconde partie présentera plusieurs applications notamment l’étude de la production de biopolyméres dans certains microorganismes, l’imagerie cellulaire de sondes bimodales exogènes et la caractérisation à l’échelle nanométrique de coupes de cheveux.

    • Métamatériaux passifs et actifs pour les ondes élastiquesMatthieu Rupin (Institut Langevin, CNRS, ESPCI, Paris)

      2016
      06
      21

      LAUM, salle de conférence, mardi 21 juin 2016, 11 h

      La fin des années 90 a vu émerger un nouveau paradigme en physique des ondes, celui des métamatériaux. Ces derniers se réfèrent à des milieux composites artificiels structurés à une échelle microscopique par rapport à la longueur d'onde. Quel que soit le type d’ondes, la même approche est utilisée : la réponse sub-longueur d'onde des cellules élémentaires donnent lieu à des propriétés macroscopiques effectives pour la propagation des ondes. Dans cet exposé, je vais présenter deux types de métamatériaux en lien avec des applications très différentes : la sismologie et de la bio-physique.

      Tout d'abord, je vous montrerai des résultats expérimentaux et théoriques sur un métamatériau pour ondes élastiques présentant des applications potentielles en géotechnique. L'expérience est menée sur une fine plaque d'aluminium de taille métrique couplée à un ensemble de longues tiges d'aluminium agissant comme des résonateurs sub-longueur d'onde. Ce système est très instructif de part la présence de différents types d'ondes à la fois dans la plaque et dans les tiges.

      Dans une deuxième partie, je vous présenterai un exemple de métamatériau acoustique dans la gamme audible qui présente une non-uniformité spatiale de ses propriétés permettant de reproduire le comportement ondulatoire d'une cochlée de mammifère, y compris les phénomènes non-linéaires liés aux processus actifs (moteurs moléculaires).

    • Influence du gaz environnant dans la dynamique d'impact de gouttesChristophe Josserand (d'Alembert, UPMC, Paris)

      2016
      06
      14

      LAUM, salle de conférence, mardi 14 juin 2016, 11 h

      L’impact de gouttes sur surface solide ou liquide génère des dynamiques très différentes suivant les paramètres de l’impact et les propriétés de la surface impactée. Ici, je discuterai plus en détail le role du gaz environnant, montrant une influence inattendue sur la transition vers le splashing.

    • Méthodes numériques de discrétisation des équations de l’acoustique/poroélasticité : polynômes et/ou ondes planesOlivier Dazel (LAUM)

      2016
      06
      07

      LAUM, salle de conférence, mardi 7 juin 2016, 11 h

      Ces travaux se focalisent sur la modélisation numérique des milieux poreux en particulier à l’aide de techniques de type Méthode des Eléments-Finis (MEF) ou Méthode de Galerkin Discontinue (Discontinuous Galerkin ou DGM en anglais) avec ondes planes. Après avoir rappelé rapidement les grandes lignes de ces méthodes, nous nous intéresserons à la comparaison de leurs performances/potentialités/limites. En un second temps, des techniques mixtes seront présentées, leur objectif étant de coupler ces différentes méthodes. il s'agira principalement de réécrire les opérateurs de surface de la MEF en les décomposant sur les caractéristiques entrantes et sortantes de l’interface. Une autre approche hybride consistant à coupler la MEF avec la Méthode des Matrices de Transfert sera alors introduite comme un cas particulier de celles-ci. 

      Cette présentation sera illustrée par de nombreux exemples obtenus à l’aide d’un code maison développé au laboratoire. Ils seront divers et variés et principalement dans le domaine de la vibroacoustique. On peut citer les structures sandwichs avec matériaux poroélastiques, les métaporeux (matériaux poreux avec inclusions et périodiques), des exemples relatifs l’acoustique des structures en bois...

    • Characterization of the robustness of guided wave-based imaging techniques for SHMJérémy Moriot (ESEO / Univ. Sherbrooke)

      2016
      05
      31

      LAUM, salle de conférence, mardi 31 mai 2016, 11 h

      Imaging techniques in Structural Health Monitoring (SHM) of aircraft can reduce maintenance costs significantly by switching from the schedule-based maintenance to a condition-based maintenance and by allowing the use of lighter materials. SHM has been studied for decades, leading to the development of a large panel of techniques. The challenge is now to produce tools for evaluating their robustness, which constitutes the topic of this presentation.

    • Controlling waves in disordered media using the transmission matrixMatthieu Davy (IETR, Université Rennes 1)

      2016
      05
      24

      LAUM, salle de conférences, mardi 24 mai 2016, 11 h

      Résumé non communiqué

    • Physical acoustics and laser Doppler vibrometryBert Roozen (KU Leuven, Belgique)

      2016
      05
      03

      LAUM, salle de conférence, mardi 3 mai 2016, 11 h

      The presentation will give an overview of the work that is being done at the laboratory of acoustics of the physics department of KULeuven. Laser Doppler vibrometry measurement techniques play a central role in these works, and are applied in different fields of application. Examples are given in the field of porous materials, building acoustics and structural acoustics.

    • Des bruits et signaux sismiques aux processus transitoires de déformation crustalePascal Bernard (IPGP, Paris)

      2016
      04
      26

      LAUM, salle de conférence, mardi 26 avril 2016, 11 h

      Les phases de préparation des grands séismes et les processus de déformation transitoires intersismiques restent encore très mal connus. Ces quinze dernières années ont vu de fortes avancées dans ce domaine de recherche en  géosciences, en particulier grâce au développement  très rapide des méthodes tomographiques par corrélation de bruit, et à  la densification et la diversifications des réseaux de mesures révélant les caractéristiques de la dynamique crustale.  Je présenterai tout d'abord, par quelques exemples,  les progrès et principaux résultats des techniques de corrélation de bruit, notemment leur apport pour la détection des déformations transitoires par la mesure des perturbations des vitesses sismiques associées. Cela me conduira à la deuxième partie de mon exposé, sur la detection de  ces processus transitoires par leur signature directe en surface, sous forme d'ondes sismiques ou de déformation quasi-statique. Je terminerai par quelques mots sur le développement d'un prototype de sismomètre optique à fibre plurikilométrique, associant les compétences de l'ESEO et de l'IPGP, dans le cadre du projet LINES, dont un des objectifs est de permettre la surveillance des aléas telluriques  dans des environnements difficiles (forage profond, sous-marin lointain, volcan actif...)

    • From Particle Simulations to Continuum Theory and ApplicationsStefan Luding (Univ. Twente, NL)

      2016
      04
      25

      LAUM, salle de conférence, lundi 25 avril 2016, 11 h

      The dynamic behaviour of granular materials is of considerable interest in a wide range of industries and disciplines, but the full understanding or control of the different phenomena and mechanisms of the particle systems, natural phenomena, or processes is an essential challenge for both science and application.

      The fundamentals can be studied by direct particle simulation methods, where often the fluid between the particles is important too, in order to gain a microscopic understanding of the processes and mechanisms. For large-scale applications, a micro-macro transition towards continuum theory is necessary, however, only smaller applications can be modeled nowadays directly by discrete micro-scale methods. Instead, more often meso-scale methods are used where the particles are up-scaled, representing a certain number of primary particles. As one example for such meso-models, we use experiments and discrete particle simulations (DEM) to investigate the dosing of cohesive fine powders. Other applications involve chute flow or ring-shear rheology testing of granular flow as well as the study of the elastic, or elasto-plastic material behavior.

      The micro-macro transition from discrete particulate systems to continuum theory involves a mathematical homogenization or coarse-graining that translates particle-positions, -velocities and -accelerations into density-, stress-, and strain-fields, by statistical spatial- and temporal averaging. The macroscopic fields are compatible with the conservation equations for mass and momentum of continuum theory, and also the fluctuating kinetic energy provides a measure for the importance of fluctuations in those systems. The ultimate goal is to find constitutive relations the contain information about the micro-structure and -fluctuations, and to solve those on the macro-level for solving application and optimization problems.

    • Dynamic homogenization of nonlocal acoustic metamaterialsDaniel Torrent (CRPP, CNRS, Université de Bordeaux)

      2016
      04
      19

      LAUM, salle de conférence, mardi 19 avril 2016, 11 h 30

      The dynamic homogenization of acoustic metamaterials shows that they cannot always be described by means of a frequency-dependent mass density and bulk modulus, but other parameters need to be included in the model. In this work, we will show a homogenization method to analyze these new constitutive parameters, their dependence on the frequency and the wavenumber and the consequences of this dependence, like the emergence  of new solutions and, therefore, the need of new boundary conditions. Finally, the effects of viscoelasticity will be discussed.

    • Acoustic waves guided by crystal edgesAlexey M. Lomonosov (General Physics Institute, Russian Academy of Sciences, Moscou, Russie)

      2016
      03
      29

      LAUM, salle de conférence, mardi 29 mars 2016, 11 h

      This talk will include a brief introduction to the wedge waves, their properties and excitation methods, some new interesting effects of anisotropy on such waves, and nonlinear wedge waves.

    • Broad angle negative reflection and focusing of elastic waves from a plate edgeIstvan A. Veres (RECENDT, Linz, Autriche)

      2016
      03
      24

      LAUM, bibliothèque (1er étage), jeudi 24 mars 2016, 11 h

      Guided elastic waves in plates, or Lamb waves, generally undergo reflection and mode conversion upon encountering a free edge. In the case where a backward propagating Lamb wave is mode converted to a forward propagating wave or vice versa, the mode converted wave is reflected on the same side of the surface normal as the incident wave. In this presentation, we study such negative reflection and show that that this effect can be achieved over a broad angular range at a simple plate edge. We demonstrate, through both numerical and experimental approaches, that a plate edge can act as a lens and focus a mode converted Lamb wave field. Furthermore, we show that as the wave vectors of the incident and mode converted Lamb wave approach each other, the mode converted field nearly retraces the incident field. We propose that broad angle negative reflection may find application in the nondestructive testing of structures supporting guided waves and in the development of new acoustic devices including resonators, lenses, and filters.

    • Looking below the surface – about the limits of spatial resolution of non-destructive imagingPeter Burgholzer (RECENDT, Linz, Autriche)

      2016
      03
      23

      LAUM, salle de conférence, mercredi 23 mars 2016, 11 h

      The adage “A picture is worth a thousand words” characterizes one of the main goals of visualization, namely making it possible to absorb large amounts of data quickly. The human eye is our sense organ with the highest information transfer. The information content of an image is strongly correlated with its spatial resolution. The spatial resolution is defined as the smallest distance at which two distinct features can still be separated. Information theory is a branch of applied mathematics, electrical engineering, and computer science involving the quantification of information. Information theory was developed by Claude E. Shannon to find fundamental limits on signal processing operations such as compressing data and on reliably storing and communicating data. 

      Originally pictures have shown what could be detected with human eyes, which is the outcome of the interaction of visible light with optical structures. Nowadays the interaction of sample structures with the whole range of the electromagnetic wave spectrum, from radar, terahertz, infrared, up to ultraviolet and X-radiation is used for imaging techniques, but also with particles (e.g. electron microscopy) or mechanical waves. In non-destructive imaging materials or tissues are quantitatively characterized and structures are imaged by noninvasive means. Ultrasonic, radiographic, thermographic, electromagnetic, and optic methods are employed to probe and image interior structure and characterize subsurface features. Applications are e.g. in non-invasive medical diagnosis and on-line manufacturing process control, as well as the traditional areas of flaw detection, structural health monitoring, and materials characterization.

      The amount of information and the highest possible resolution which can be gained in non-destructive imaging depends on the interaction of these waves or particles with structures of the sample (e.g. scattering cross section or absorption). For interior structures the information about the spatial pattern has to be transferred to the sample surface, where the signals are detected and the structures are reconstructed from the measured signals. The propagation to the sample surface limits the available information for imaging, e.g. by scattering, attenuation, and diffusion. In the presented work this loss of information is quantified. It is shown that the information loss is equal to the entropy production for the propagating wave from the samples interior to the surface. Neither a better detector on the sample surface nor a subsequent signal processing algorithm can compensate this unavoidable dissipation-induced loss. This manifests a principle limit for the spatial resolution based on the second law of thermodynamics. 

      Imaging of the samples interior structure from the measured signals at the samples surface is a prominent example of an inverse problem. Even if a problem is well-posed, it may still be ill-conditioned, meaning that a small error in the initial data can result in much larger errors in the answers. Typically this involves including additional assumptions, such as smoothness of solution. This process is known as regularization, like truncated singular value decomposition (SVD) or Tikhonov regularization. The choice of an adequate regularization parameter, which describes the trade-off between the original ill-conditioned problem and the additional assumptions (e.g. smoothness), is critical and has to be evaluated for every individual problem. We propose that by using the entropy production we get a physical background for choosing the regularization parameter for our imaging problem and no additional assumption is necessary.

    • Research Center for Non-Destructive Testing: looking below the surface with optical and acoustical methodsPeter Burgholzer (RECENDT, Linz, Autriche)

      2016
      03
      22

      LAUM, salle de conférence, mardi 22 mars 2016, 11 h

      RECENDT is based in Linz / Upper Austria and is an internationally well recognized Research Center for Non Destructive Testing and material characterization. The research center is a 2009 – spin-off from the Upper Austrian Research (UAR) where the technological expertise has been built up since the year 2000. Shareholders are still the UAR, the Johannes Kepler University Linz (JKU) and the Upper Austrian University of Applied Science (FH OOE). RECENDT has earned the honor of being nominated as a non-university-based Christian Doppler Laboratory (CD-Lab), one of only two non-university-based CD-labs in Austria. For their scientific work the Researchers have been awarded the special price for research-facilities at the Upper Austrian "Innovationspreis 2010”. The Austrian Research Company is partner and leader in various national and international projects.

      Activities and fields of research:

      The activities comprise the whole R&D process chain from application-oriented fundamental research up to the development of novel instrument technologies for industrial application. Novel technologies that seem promising for a future industrial application are driven forward in fundamental research until the point where RECENDT takes the step towards development of prototypes suited for industrial needs. At the moment the company’s researchers are dealing with the technological fields of optical coherence tomography (OCT), infrared- and Raman spectroscopy (IR), THz technology (THz), laser ultrasound (LUS), and photoacoustics (PA). The interdisciplinary, highly qualified team consisting of physicists, chemists, mechatronic and development engineers has state-of-the-art equipment at its disposal in order to effectively apply its competences to contribute to the success of local and international companies. RECENDT’s technologies are being applied in almost any industrial branch. In this talk an overview on new methods for non-destructive characterization is given, especially for using them in the production line (“in-line”) of industrial production processes.

    • Méthode de régularisation évanescente pour l’identification de conditions aux limites inaccessibles à la mesureFranck Delvare (Laboratoire de Mathématiques Nicolas Oresme, Université de Caen Normandie)

      2016
      03
      15

      LAUM, salle de conférence, mardi 15 mars 2016, 11 h

      L’objectif de l’exposé est de présenter une méthode de régularisation (méthode de régularisation évanescente) permettant la résolution des problèmes inverses de type Cauchy. Pour ces problèmes, parfois qualifiés de problèmes de complétion de données, il s’agit de déterminer la solution, à partir de la seule connaissance de données aux limites surabondantes sur une partie de la frontière du domaine.

      Des tests numériques, menés en présence de données bruitées, montreront que la méthode est utilisable pour différents problèmes aux dérivées partielles (équation de Laplace, Equations de Lamé-Navier, équa- tion d’Helmholtz). Ils prouveront aussi la précision et la robustesse de la méthode de complétion de données, ainsi que sa capacité à débruiter les données. 

    • Auscultation avec les ondes de surface de matériaux très hétérogènesVincent Métais (IFSTTAR, Nantes)

      2016
      03
      01

      LAUM, salle de conférence (4e étage), mardi 1er mars 2016, 11 h

      Le diagnostic des structures et l’évaluation de leur durée de vie est une problématique importante pour le génie civil. La première couche de béton, appelée béton d’enrobage, qui protège les armatures d’acier de la corrosion, est particulièrement soumise aux dégradations. Parmi les méthodes de contrôle non destructif, les ondes mécaniques ont un fort potentiel pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux. Or la détermination des caractéristiques mécaniques des premiers centimètres de béton est complexe car la profondeur d’investigation souhaitée est de l’ordre de grandeur des hétérogénéités (les granulats). La dispersion de la vitesse des ondes de surface a trois origines : la diffusion multiple, l’effet de paroi et la variation des propriétés mécaniques de la matrice. Une méthodologie, combinant une approche expérimentale et numérique, est proposée pour décrire la propagation des ondes de surface à travers un milieu dont les propriétés mécaniques varient en fonction de la profondeur contenant une surface libre et des inclusions circulaires et avec une taille comparable aux longueurs d’onde, distribuées aléatoirement. Puis un modèle semi-analytique prenant en compte la variation des propriétés mécaniques de la matrice, la diffusion multiple ainsi que l’effet de bord est proposé et implémenté dans un algorithme d’inversion global. Enfin, une application expérimentale sur le suivi de la teneur en eau dans le béton est présentée. Les résultats numériques et expérimentaux obtenus ouvrent des perspectives intéressantes sur le suivi des propriétés mécaniques des matériaux très hétérogènes au cours du temps. 

    • Vers une caractérisation sthétacoustique des sténoses vasculaires sur haut débit ? Rationnel et perspectives.Pierre Abraham (CHU d'Angers, UMR INSERM1083/CNRS6214)

      2016
      02
      09

      LAUM, salle de conférence, mardi 9 février 2016, 11 h

      Un stéthoscope (du grec « stêthos », poitrine et « skopein », observer), est un instrument acoustique permettant d’ausculter les bruits naturels ou provoqués du corps humain. L’auscultation est connue depuis l’antiquité où le médecin collait sa tête sur la poitrine du patient. Le stéthoscope, initialement un simple tube permettant au début du 19e siècle d’éloigner la tête du médecin du patient, s’est perfectionné avec le temps. Actuellement, la plupart des stéthoscopes comportent un pavillon pourvu d'une membrane, relié par un ou deux tubes souples en caoutchouc aux embouts que l'opérateur place dans ses oreilles. Par sa construction, il constitue un amplificateur acoustique (large pavillon, petits écouteurs). Au-delà de leur étymologie restrictive, les stéthoscopes peuvent être utilisés pour écouter des bruits artériels périphériques (souffle), des bruits abdominaux, fœtaux, voire articulaires. Plusieurs tentatives de commercialisation  de modèles électroniques ont été proposées sans grand succès. Le principal (seul ?) modèle actuellement disponible sur le marché est le stéthoscope Littmann® de la société 3M. Selon 3M ses principaux avantages sont une amplification sonore, une réduction des bruits ambiants, la capacité d’enregistrement par transmission Bluetooth® vers un PC et d'exportation des enregistrements en format de fichier WAV.

      L'endofibrose est une pathologie artérielle du sportif de haut niveau touchant l’homme jeune sans facteurs de risque cardiovasculaire. La pathologie touche le plus souvent l'artère iliaque externe (AIE). Elle est observée principalement chez les cyclistes, les triathlètes. Les plaintes les plus spécifiques sont une douleur paralysante et/ou une sensation de gonflement de la cuisse obligeant l’athlète à diminuer voir stopper son effort. La maladie est souvent diagnostiquée avec retard du fait des difficultés techniques inhérentes à son diagnostic.

      Devant des signes fonctionnels évocateurs, la présomption clinique du médecin de terrain ou d’équipe pourrait être renforcée par l’apparition ou l’amplification d’un souffle auscultatoire en fosse iliaque sur le trajet de l’AIE après un effort maximal intense. Cependant lors des efforts d'intensité élevée, la présence d'un souffle auscultatoire de débit est presque constante et pourrait conduire à adresser un nombre excessif de patients vers les centres expérimentés. Pour autant, par expérience, les caractéristiques du souffle (son caractère continu et sa tonalité) sont particulières. À ce jour, à notre connaissance, les caractéristiques auscultatoires des souffles de haut débit au niveau iliaque et des souffles observés au cours des endofibroses de cette artère ne sont pas connues. La définition de ces caractéristiques pourrait permettre de proposer, à terme, des seuils ou paramètres diagnostiques spécifiques permettant d'orienter le clinicien vers la présence d’une sténose artérielle chez le sportif. Le stéthoscope électronique est très peu utilisé pour l'étude des bruits vasculaires. Dans la littérature, on retrouve deux articles utilisant cette méthode : l'un en 1984 pour la détection non-invasive des lésions vasculaires intra-crâniennes peu concluant et l'autre en 2005 pour la détection des sténoses en hémodialyse. Ce dernier article retrouvait une corrélation entre l'importance de la sténose et certains paramètres acoustiques, notamment l'amplitude ou le spectre de distribution.

      Sur la base de cette observation une étude clinique (stethosport) a été lancée visant à analyser les sons enregistrer et- mettre à disposition des cliniciens un outils d'analyse objectif de terrain. L'objectif principal est obtenir une base d'analyse des bruits stétho-acoustiques au niveau de l'AIE en post-effort maximal permettant de caractériser les bruits habituels en cas d'hyper-débit physiologique post-effort. La présentation fera un état des lieux de la thématique et du projet et une démonstration de l'outil mis au point par les étudiants de l'ESEO et permettra de discuter les développements potentiels du projet sur le plan stéthacoustique.

    • Optique transformationnelle et métamatériaux acoustiques et sismiquesSébastien Guenneau (Institut Fresnel, CNRS, Marseille)

      2016
      02
      03

      LAUM, salle de conférence, mercredi 3 février 2016, 15 h

      Après une brève revue des techniques de changements de coordonnées appliquées au design de tapis et capes d'invisibilité pour les ondes électromagnétiques, sonores et mécaniques, nous introduirons le concept de métamatériaux sismiques pour le contrôle des ondes de Rayleigh dans les terrains argileux. Des résultats expérimentaux illustreront les applications potentielles en protection sismique.

    • Méta-surfaces résonantes en acoustique et élastodynamique : homogénéisation et validation expérimentaleLogan Schwan (University of Salford, U.K.)

      2016
      01
      26

      LAUM, salle de conférence, mardi 26 janvier 2016, 11 h

      Une façon économique de contrôler les vibrations au sein d’un milieu homogène est de maîtriser les conditions qui s’appliquent à ses frontières: son homogénéité interne n’est pas perturbée et le traitement de surface requiert moins de matériau que celui de l’ensemble du volume.

      Ici, nous proposons le contrôle de vibrations par des méta-surfaces résonantes dans le domaine de l’acoustique ou de l’élastodynamique. Ces surfaces résonantes consistent en un réseau périodique bi-dimensionnelle de structures résonantes distribuées à la surface du milieu. Les résonateurs sont dimensionnés de façon à ce qu’à leur fréquence de résonance les périodes soient bien plus petites que la longueur d’onde. Il résulte de cette séparation d’échelles que les interactions multiples inter-résonateurs donnent naissance à une couche limite localisée en surface. De façon similaire à Boutin & Roussillon (IJES, 2006) en élastodynamique, la méthode d’homogénéisation asymptotique a été appliquée en acoustique de façon à réduire le réseau de résonateurs et sa couche limite en une condition de surface effective pour le champ au sein du milieu. Celle-ci prend la forme d’une admittance en acoustique (d’une matrice d’impédance en élastodynamique) dont les propriétés sont issues des caractéristiques des résonateurs : l’admittance acoustique et l’impédance élastodynamique dépendent de la fréquence, et l’impédance élastodynamique peut être de surcroît anisotrope. Il est alors montré que les méta-surfaces résonantes présentent des propriétés réflectives non-conventionnelles à la résonance telles que : des conversions de modes atypiques, la dépolarisation d’ondes mécaniques, l’absorption totale du champ incident ou des effets de mémoire.

      Sur la base des modèles issus de l’homogénéisation, des prototypes expérimentaux ont été réalisés, en acoustique et en élastodynamique. Les mesures confirment leur capacité à contrôler les champs d’onde et montrent un très bon accord avec les modèles théoriques. L’approche analytique des modèles permet d’identifier les paramètres clefs des phénomènes, et de souligner les analogies entre l’acoustique et l’élastodynamique.

    • Approche unifiée multidimensionnelle du problème d’identification acoustique inverseThibault Le Magueresse (LVA, INSA, Lyon)

      2016
      01
      22

      LAUM, salle de conférence, vendredi 22 janvier 2016, 11 h

      La caractérisation expérimentale de sources acoustiques est l’une des étapes essentielles pour la réduction des nuisances sonores produites par les machines industrielles. L’objet de cette étude est de mettre au point une procédure complète visant à localiser et à quantifier des sources acoustiques stationnaires ou non sur un maillage surfacique par la rétro-propagation d’un champ de pression mesuré par un réseau de microphones. Ce problème inverse est délicat à résoudre puisqu’il est généralement mal-conditionné et sujet à de nombreuses sources d’erreurs. Dans ce contexte, il est capital de s’appuyer sur une description réaliste du modèle de propagation acoustique direct. Dans le domaine fréquentiel, la méthode des sources équivalentes a été adaptée au problème de l’imagerie acoustique dans le but d’estimer les fonctions de transfert entre les sources et l’antenne, en prenant en compte le phénomène de diffraction des ondes autour de l’objet d’intérêt. Dans le domaine temporel, la propagation est modélisée comme un produit de convolution entre la source et une réponse impulsionnelle décrite dans le domaine temps-nombre d’onde. Le caractère sous-déterminé du problème acoustique inverse implique d’utiliser toutes les connaissances a priori disponibles sur le champ sources. Il a donc semblé pertinent d’employer une approche bayésienne pour résoudre ce problème. Des informations a priori disponibles sur les sources acoustiques ont été mises en équation et il a été montré que la prise en compte de leur parcimonie spatiale ou de leur rayonnement omnidirectionnel pouvait améliorer significativement les résultats. Dans les hypothèses formulées, la solution du problème inverse s’écrit sous la forme régularisée de Tikhonov. Le paramètre de régularisation a été estimé par une approche bayésienne empirique. Sa supériorité par rapport aux méthodes communément utilisées dans la littérature a été démontrée au travers d’études numériques et expérimentales. En présence de fortes variabilités du rapport signal à bruit au cours du temps, il a été montré qu’il est nécessaire de mettre à jour sa valeur afin d’obtenir une solution satisfaisante.

      Les développements proposés ont permis de caractériser, in situ, la puissance acoustique rayonnée par composant d’un groupe motopropulseur automobile par la méthode de la focalisation bayésienne dans le cadre du projet Ecobex. Le champ acoustique cyclo-stationnaire généré par un ventilateur automobile a finalement été analysé par la méthode d’holographie acoustique de champ proche temps réel.

    • Progress in Near-Field Imaging Using Atomic Force Acoustic MicroscopyWalter Arnold (Univ. Göttingen, Allemagne)

      2016
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      LAUM, bibliothèque, mercredi 20 janvier 2016, 16 h

      Ultrasound is combined with atomic force microscopy to achieve the lateral resolution of scanning probe techniques for ultrasonic imaging and quantitative local measurements. Atomic force acoustic microscopy (AFAM) and ultrasonic friction force microscopy (UFFM) exploit the vibrational modes of AFM cantilevers which range from 10 kHz to several MHz. In these modes the cantilever vibrates in contact mode in one of its flexural or torsional resonances. Images can be obtained with the contrast depending on the local indentation modulus or local friction, which is evaluated quantitatively from the contact-resonance frequencies inversely after calibration procedures. The lateral resolution is defined by the tip-sample contact radius ac. The parameters of the measurements can be set so that ac≈ 10 nm.

      Applications of the AFAM technique to measure the local elastic indentation modulus M in various nanocrystalline (nc-) materials, in metals with complicated microstructures, in magneticshape-memoryfilms, and in particular in metallic glasses are discussed. In the latter case a broad distribution of the contact-resonances is measured relative to the crystalline counterpart and hence M. The amorphous nature with its variations of configurations is considered to be responsible for the effects observed. For nc-materials and metallic glasses data on the local internal friction derived from the quality factor of the contact resonances will be presented. The relation of the damping factor to the ultrasonic absorption will be discussed. It is possible to carry out simultaneously imaging of M and of internal friction factor Qloc-1 .

      Furthermore, we describe a technique to image subsurface structures using Atomic Force Acoustic Microscopy operated at 1 GHz. The devices or samples to be imaged are insonified with 1 GHz ultrasonic waves which are amplitude modulated at a fraction or multiple frequency of cantilever contact-resonance. The transmitted signals are demodulated by the nonlinear tip-surface interaction, enabling one to image defects in the device based on their ultrasonic scattering power which is determined by the ultrasonic frequency, the acoustic mismatch between the elastic properties of the host material and the defects, by their geometry, and by diffraction effects.

    • Mechanical Properties of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko Measured by CASSE and DIM on Board Rosetta's Lander PhilaeWalter Arnold (Univ. Göttigen, Allemagne)

      2016
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      LAUM, salle de conférence, mardi 19 janvier 2016, 11 h

      In August 2014 the ESA spacecraft Rosetta encountered the comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Rosetta carried the lander Philae that landed on the comet’s nucleus on November 12th 2014. Philae has ten different instruments on board including the Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment (SESAME) comprising CASSE, DIM, and PP. The objective of the Rosetta mission is to determine physical, chemical, and geophysical properties of comet 67P by the instruments on board of the Rosetta Orbiter and the Lander Philae.

      The Comet Acoustic Surface Sounding Experiment (CASSE) is housed in the six soles of Philae’s landing feet. It consists of three piezoelectric tri-axial accelerometers, and three transducers. This allows for both passive listening to the comet’s seismic activity and active sounding of the comet surface. The deceleration signal occurring in the first milliseconds of the touchdown at an impact velocity of approx. 1 m/s was recorded by CASSE. It contains information on the elastic (modulus) and on the crushing strength of the cometary soil. The analysis is based on a recently developed inversion scheme exploiting extended Hertzian contact mechanics which in turn is based on calibration using laboratory tests of the landing on different materials.

      The Dust Impact Monitor (DIM) on board of Philae is a cube with three of its sides covered with PZT detectors. DIM is aimed to derive the elastic-plastic properties and the flux of the millimeter-sized dust-particle population that moves near the surface of the comet nucleus. Calibration experiments between -40 deg C and 20 deg C were performed to analyze the response of DIM based on Hertzian contact mechanics.

      In this contribution, we will give an overview on the course of the Rosetta mission up to now and of the data recorded by CASSE and DIM, their interpretation and relation to the measurement techniques employed in non-destructive materials characterization based on ultrasonics. The data support the concept that the elastic and strength properties of the comet material corresponds to very porous solids with porosities up to 80% and of agglomerates of regolith particles.

    • Flash doctorants 2016Doctorants du LAUM en première année de thèse

      2016
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      LAUM, salle de conférence, mardi 12 janvier 2016, 10 h

      Elie CHERON

      Guides & Structures / G&R

      S. Félix, V. Pagneux

      Ondes guidées et transport dans les milieux

      désordonnés

      Thomas DURAND-TEXTE

      Guides & Structures / VAS

      M. Melon, E. Simonetto, M.-H. Moulet

      Mesure de déformation vibratoires

      par vision 3D

      GONG Lijia

      Transducteurs / ThermoAc

      G. Penelet, P. Picart

      Développement et application de

      l'interférométrie holographique numérique

      pour l'acoustique et la thermoacoustique

      GUO Xinxin

      Matériaux / 

      V. Tournat, V. Gusev

      Métamatériaux élastiques non linéaires

      HUANG Weichun

      Matériaux / Matériaux poreux

      J.-P. Groby, J.-M. Génevaux, V. Romero-García

      Propriétés acoustiques des matériaux naturels

      Matti NISKANEN

      Matériaux / Matériaux poreux

      O. Dazel, J.-P. Groby, A. Duclos

      Characterization of porous materials saturated

      with heavy fluid

      Antoine STERNBERGER

      IRT - Guides & Structures / VAS

      J.-M. Génevaux, A. Pelat

      Atténuation des vibrations dans des structures

      creuses par ajout de matériaux granulaires

      YAN Guqi

      Matériaux / Opto-Ac.

      S. Raetz, V. Tournat, V. Gusev

      Zero-group velocity guided waves in laser

      hypersonics

      ZHANG Jiangyi

      Guides & Structures / G&R

      O. Richoux, V. Romero-García, G. Theocharis

      Enhanced nonlinear processes in highly

      dispersive acoustic structures

      Valentin ZORGNOTTI

      Transducteurs / ThermoAc

      G. Penelet, S. Garrett, G. Poignand

      Étude semi-analytique des générateurs

      d’ondes thermoacoustiques à partir de

      la méthode des matrices de transfert

      non linéaires

    • Contrôle par le musicien des régimes d'oscillation des instruments de musique de la famille des cuivres. Modélisation et mesures acoustiques, analyse du système dynamique., Joël GILBERT, Laum

      2017
      01
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      Le séminaire traite des différents régimes d’oscillation des instruments de musique de la famille des cuivres. On étudie en particulier la manière dont le musicien contrôle et sélectionne ces régimes. L’association d’un instrument, des lèvres et de la bouche d’un musicien forme un système dynamique complexe. Le couplage non linéaire entre les modes mécaniques des lèvres et les modes acoustiques de la colonne d’air de l’instrument peut, selon les paramètres, mener à un régime stationnaire, à des auto-oscillations périodiques de différentes fréquences, ou a des oscillations quasi-périodiques. Le contrôle musculaire sur les lèvres et sur la pression dans la bouche permet à un musicien entraîné de choisir le régime d’oscillation souhaité.
      On étudie un modèle physique de cuivre, qui consiste en une valve lippale à 1 degré de liberté couplée non linéairement à une expression modale de l’impédance d’entrée de l’instrument. Les seuils d’apparition et les caractéristiques de différents régimes d’oscillation de ce modèle sont étudiés à l’aide de plusieurs outils de dynamique des systèmes : l’analyse de stabilité linéaire, la simulation numérique et l’équilibrage harmonique. L’objectif sous-jacent est d’estimer la capacité de ce modèle à reproduire le comportement de l’instrument qu’il modélise.

      Les résultats des différentes approches permettent de mieux comprendre les comportements liés aux régimes d’oscillation des cuivres. Les résultats des méthodes d’analyse du modèle se complètent. Elles donnent à la fois une vision globale de l’apparition de certains régimes oscillants du modèle d’instrument, et des informations plus détaillées sur certains points de fonctionnement. Certaines situations de jeu particulières sont étudiées plus en détail, notamment la note pédale du trombone, l’influence de l’utilisation d’une sourdine passive ou active sur celle-ci et la nature des sons multiphoniques.

      Le travail présenté lors de ce séminaire repose essentiellement su r l e travail de thèse de Lionel Velut (soutenance du 19/12/2016).

    • How dogs hear us: orienting biases to speech components and voice gender discrimination, par David REBY

      2017
      01
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      It is well established that in human speech perception the left hemisphere (LH) of the brain is specialized for processing intelligible phonemic (segmental) content, whereas the right hemisphere (RH) is more sensitive to pro-sodic (suprasegmental) cues. Despite evidence that a range of mammal species show LH specialization when pro-cessing conspecific vocalizations, the presence of hemispheric biases in domesticated animals' responses to the communicative components of human speech has never been investigated. Human speech is familiar and relevant to domestic dogs (Canis familiaris), who are known to perceive both segmental phonemic cues and supra-segmental speaker-related and emotional prosodic cues. Using the head-orienting paradigm, we presented dogs with manipulated speech and tones differing in segmental or suprasegmental content and recorded their orienting responses. We found that dogs showed a significant LH bias when presented with a familiar spoken command in which the salience of meaningful phonemic (segmental) cues was artificially increased but a significant RH bias in response to commands in which the salience of intonational or speaker-related (suprasegmental) vocal cues was increased. Our results provide insights into mechanisms of interspecific vocal perception in a domesticated mammal and suggest that dogs may share ancestral or convergent hemispheric specializations for processing the different functional communicative components of speech with human listeners.

    • Propagation acoustique non linéaire en milieu bulleux, par Jean-Baptiste DOC, CNAM Paris

      2016
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      La vidéo de ce séminaire est disponible via

      http://universite-lemans.adobeconnect.com/p6iqlcynskc/

      jusqu'au 22/5/2017.

       

      La propagation acoustique dans un milieu bulleux est étudiée numériquement. Un modèle hydrodynamique est utilisé pour décrire le couplage entre la propagation des ondes et la dynamique des bulles. Un schéma aux différences finies est employé pour résoudre ce modèle. Sur chaque pas temporel, l'équation de Rayleight-Plesset est résolue par un algorithme de Runge-Kutta adaptatif afin de modéliser la dynamique locale des bulles.

      La simulation de la réponse impulsionnelle du milieu bulleux permet d'étudier la dispersion des ondes. Afin de valider le modèle numérique, la vitesse de phase et l'atténuation des ondes sont calculées et comparées à la théorie de la diffusion multiple (approximation de Foldy). L'analyse du champ acoustique diffusé par les bulles fait apparaître deux fréquences de résonances. L'une coïncide avec la fréquence de Minnaert (résonance d'une bulle), l'autre correspond à une résonance de Bragg caractérisant l'effet de la diffusion multiple dans le milieu bulleux. L'écart entre ces deux fréquences dépend de la concentration des bulles.

      Lorsque l'amplitude de l'impulsion initiale devient importante, plusieurs effets non linéaires sont observables. De manière classique, des harmoniques d'ordres supérieurs sont produites pour la fréquence de Minnaert. Également, des combinaisons linéaires entre les harmoniques de Minnaert et la fréquence de diffusion multiple apparaissent. L'effet non linéaire le plus surprenant est le décalage de la fréquence de diffusion multiple en fonction de l'amplitude de l'onde initial. Cet effet d'assouplissement-durcissement du milieu bulleux est régit selon une loi de puissance différente de celle rencontrée classiquement en acoustique.

      Également, une étude sur la transmission/réflexion des ondes acoustiques à travers une interface bulleuse sera présentée.

    • Propagation, réflexion et diffraction d'ondes de chocs, par Cyril Desjouy, Laum

      2016
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      The study of acoustic shock propagation in complex environments is of great interest for urban acoustics, but also for source localization, an underlying problematic in military applications. To give a better understanding of the phenomenon taking place during the propagation of acoustic shocks, laboratory-scale experiments and numerical simulations were performed to study the propagation of weak shock waves between parallel rigid boundaries, and into shadow zones created by corners. In particular, this work focuses on the study of the local interactions taking place between incident, reflected, and diffracted waves according to the geometry in both regular or irregular – also called Von Neumann – regimes of reflection. In this latter case, an irregular reflection can lead to the formation of a Mach stem that can modify the spatial distribution of the acoustic pressure. Short duration acoustic shock waves were produced by a 20 kilovolts electric spark source and a schlieren optical method was used to visualize the incident shockfront and the reflection/diffraction patterns. Experimental results are compared to numerical simulations based on the high-order finite difference solution of the two dimensional Navier-Stokes equations.

    • Acoustic source identification based on sparse and block-sparse approaches, par Efren FERNANDEZ GRANDE, DTU

      2016
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      In this talk, we address near-field source identification and sound field reconstruction methods based on microphone array measurements. We examine sparse methods such as Compressive Sensing (CS), which promote a spatially sparse representation of a sound field and can overcome the Nyquist sampling limit. Nonetheless, in general acoustic problems, the Compressie Sensing approach can be problematic for describing spatially extended sources. We present methods that promote block-sparsity instead, via solutions with sparse spatial derivatives. The performance of these methods is examined, assessing their ability to characterize spatially extended sources, such as plates and other wave-bearing structures.

    • On-going Research on Sound and Vibration, par Li CHENG,Department of Mechanical Engineering, Consortium for Sound and Vibration research The Hong Kong Polytechnic University

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      As one of the founding departments in the Hong Kong Polytechnic University (PolyU) almost eighty years ago, the Department of Mechanical Engineering (ME) has been actively involved in both fundamental and applied research to push the frontier of knowledge ahead in order to serve Hong Kong, its surrounding region and the word. Nowadays, ME is one of the most research-active departments on the campus and excels in a number of research areas that are germane to Hong Kong and beyond. The research foci of the department are in four major areas of expertise and operated under three Research Centres and a Research Consortium under the University Niche Area scheme. As one of its constituents, the Consortium for Sound and Vibration Research (CSVR) carries out research in a wide spectrum of research topics, ranging from vibration and noise control, structural health monitoring and fluid-structure interactions. This talk will focus on a number of key research topics that are being carried out in CSVR to give the audience an overview of the CSVR and its research activities. Challenges and opportunities related to these on-going research activities will be discussed.

    • Seismic imaging of geological media, by Yder Masson

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      Seismic imaging is key to better understanding the Earth. What is its internal structure? What is its history? Its mineral composition? The geo-dynamical processes involved as its cools? Detailed imaging of the upper part of the Earth’s crust is strategically important as it contains most of the natural resources that are vital to modern society. Further, reliable methods for imaging the subsurface are crucial for solving geo-technical problems. For example, imaging is essential for environmental-site characterization, verification of remediation practices, and the construction of transportation facilities and infrastructure. I will discuss two aspect of seismic imaging. First, the forward problem that aims to model wave propagation through the Earth. I will review my work about wave propagation in complex porous media and presentanalytical, numerical, and experimental results that link the hydro-physical properties of rocks to the observed attenuation and dispersion of seismic waves. Second, I will address the inverse problem, where seismic observations are transformed into an image. I will present recent theoretical developments that allow for localized imaging of remote target regions buried in an unknown medium.

    • Modélisation d'écoulements granulaires: rhéologie au niveau des interfaces, par Patrick Richard, IFFSTAR Nantes

      2016
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      Des progrès récents ont été accomplis dans la description théorique de la rhéologie des matériaux granulaires. Ces travaux ont souvent considéré des milieux granulaires éloignés de toutes parois ou faiblement influencés par celles-ci. Pourtant la grande majorité des écoulements granulaires industriels se font en présence de parois, ce qui amène naturellement à la question suivante : peut-on appliquer les résultats de ses travaux à des situations réelles ?

      A l’aide de simulations numériques de type «éléments discrets» je monterai que la présence de parois peut avoir un effet majeur sur la rhéologie du système. Je discuterai également la modélisation de l’interaction avec une paroi et son influence sur la rhéologie du système. Enfin je terminerai par présenter quelques perspectives de ce travail.

    • Nonlinear interaction of shear wave in soft solids, par Thomas Gallot, Instituto de fisica, Facultad de ciencias, Universidad de la Republica, Uruguay

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      Elastography is a technique based on ultrasound imaging at high frame rate to visualize shear wave propagation. This method is used medically to image soft tissues elasticity from the shear wavespeed estimations. In soft solids, shear wavespeeds have been shown to change under static compression. This nonlinear charaterization of the medium is an information that could potentially be of medical interest. Ultrasound imaging already uses a lot of nonlinear information generally based on harmonic components. This work is aim to study the shear modulus nonlinearity.

      Compared to static techniques, nonlinear characterization of rocks with dynamics methods has shown to reveal new information about the nonlinear behaviour of materials. These methods often use resonant pump wave to maximize the strain but purely propagative waves also allow to estimate nonlinearities. Here we investigate the possiblity of a wave mixing technique to measure the nonlinear response of soft solid. The experiment is performed in hydrogels and a and biological medium (beef meat). A probe shear wave and pump shear wave are generated with low frequency vibrators (50-500Hz). In soft solids, strains in the order of 10 can be induced from waves, one order of magnitude smaller than static strains. The challenge is then to detect changes of the probe wavespeed due to nonlinear interaction with the pump wave. Theoretical considerations based on a fourth-order elasticity model of an incompressible relates the time of flihght modulation with the nonlinear parameter

    • Dimension religieuse des conflits en cours au Proche et au Moyen-Orient, par Dominique AVON

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      L'enregistrement de ce séminaire est disponible jusqu'au 20 janvier 2017 sur http://universite-lemans.adobeconnect.com/p69iu21dmmp/

      Les conflits du Proche et du Moyen-Orient sont complexes. L’analyse des enjeux religieux doit être considérée comme une clef parmi d’autres, insuffisante mais nécessaire. Les élites savantes et juridiques, musulmanes, juives ou chrétiennes, sont à la fois dans une situation de force et de désarroi face aux défis présents. Dans leur majorité, elles rejettent les fondements philosophiques et politiques des démocraties libérales parlementaires au nom de la tradition qu’elles transmettent de générations en générations. Elles savent user des ressorts qui existent dans les systèmes mixtes, elles savent peser dans les débats sur les questions de société, elles savent imprégner les législations et occuper une partie plus ou moins importante de l’espace éducatif et culturel. Mais elles ne sont pas d’accord sur le contre-modèle à opposer et, de ce fait, elles contribuent à nourrir les conflits au nom de la confessionnalisation de la terre et des enjeux.

    • Holographie vibratoire : identification et séparation de champs vibratoire, par Corentin Chesnais

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      Vous pouvez visionner ce séminaire via
      http://universite-lemans.adobeconnect.com/p37mwbnx0yb/
      jusqu'au 22/11/16.

      La reconstruction de champ source a pour but d’identifier le champ d’excitation en mesurant la réponse du système. Pour l’Holographie acoustique de champ proche (Near-field Acoustic Holography), la réponse du système (pression acoustique rayonnée) est mesurée sur un hologramme bidimensionnel utilisant un réseau de microphones et le champ source (le champ de vitesse acoustique) est reconstruit par une technique de rétro-propagation effectuée dans le domaine des nombres d’ondes. L’objectif des travaux présentés est d’utiliser le même type de techniques pour reconstruire le champ de déplacement sur toute la surface d’une plaque en mesurant les vibrations sur des hologrammes à une dimension (lignes de mesures). Dans le domaine vibratoire, l’équation du mouvement de plaque implique la présence de 4 types d’ondes différents, deux étant purement évanescents. Ces derniers peuvent introduire des instabilités dans l’application de la méthode, notamment lorsque les hologrammes sont placés dans le champ lointain des efforts appliqués à la structure. La méthode présentée ici, appelée ”Holographie Vibratoire”, est particulièrement intéressante quand une mesure directe du champ de vitesse est impossible. L’holographie vibratoire permet également de séparer les champs vibratoires dans le cas d’excitations multiples en les considérant comme des ondes allers ou retours. Il est alors possible d’isoler l’influence de chaque source et de quantifier notamment les champs d’intensités structurales que chacune d’elles génère. L’objectif de cette présentation est de présenter les principes de l’holographie, ainsi que de ses limites, et de les illustrer par des exemples sur plaque infinie et sur des résultats expérimentaux.