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Metamaterials are materials designed by man with static or dynamic properties inaccessible to natural materials. Among them, phononic crystals consist of a periodic assembly of two or more materials, and are mainly used for the design of waveguiding and filtering devices. During the past decade, a new mechanism allowing waveguiding started to be used. It is based on topology, more precisely on the creation of an interface resulting from the juxtaposition of two crystals with chiral symmetry properties. While this mechanism has proven its effectiveness in a large number of applications, it has never been used in a highly dispersive medium, or for a crystal having a geometry not similar to that of graphene. The objective of this thesis is to design such topological phononic crystals. First, we designed a phononic crystal exhibiting topological behavior for surface water waves by using a geometry exhibiting the same topological behavior as for acoustic waves in air. This similarity is allowed by the form of the equations governing these two domains, which allows us to transpose topological behaviors from one physical domain to another. We then designed a topological phononic crystal that did not rely on the geometry of graphene, still for surface water waves. This geometry allows for the design of a three-way wave splitter device. While we have demonstrated the topological behavior of this crystal, we have not confirmed the possibility of splitting a wave in three directions. Using such a geometry, but for underwater acoustic waves, we highlighted the possibility of separating a wave in three directions. This observation paves the way for the design of new waveguiding circuits.; Les métamatériaux correspondent à l’ensemble des matériaux conçus par l’Homme présentant des propriétés, statiques ou dynamiques, inaccessibles aux matériaux naturels. Parmi eux, les cristaux phononiques consistent en un assemblage périodique de deux matériaux ou plus, et sont utilisés principalement pour la conception de dispositifs de filtrage et de guidage d’ondes. Au cours de la décennie 2010, un nouveau mécanisme permettant le guidage d’ondes a commencé à être utilisé. Il s’agit de la topologie, qui s’appuie sur la création d’une interface issue de la juxtaposition de deux cristaux présentant des propriétés de symétries chirales. Si ce mécanisme a prouvé son efficacité dans un grand nombre d’applications, il n’a en revanche jamais été utilisé dans un milieu fortement dispersif, ou pour un cristal présentant une géométrie n’étant pas similaire à la géométrie hexagonale du graphène. L’objectif de cette thèse est donc de concevoir de tels cristaux phononiques topologiques. Dans un premier temps, nous avons conçu un cristal phononique présentant un comportement topologique pour des ondes de surface sur l’eau en reprenant une géométrie présentant un comportement topologique pour des ondes acoustiques guidées dans l’air. Cette similarité est permise par la forme des équations régissant ces deux domaines, ce qui nous permet de transposer des comportements topologiques d’un domaine physique à un autre. Nous avons ensuite conçu un cristal phononique topologique ne reposant pas sur la géométrie du graphène, toujours pour des ondes de surface dans l’eau. Cette géométrie permet la conception d’un dispositif séparateur d’ondes à trois voies. Si nous avons mis en évidence le comportement topologique de ce cristal, nous n’avons pas confirmé la possibilité de séparer une onde dans trois directions. En reprenant cette géométrie, mais pour des ondes acoustiques dans l’eau, nous avons mis cette fois en évidence la possibilité de séparer une onde dans trois directions. Cette observation ouvre la voie à la conception de nouveaux circuits de guidage d’onde.

The development of diodetection systems is extremely important for a large number of fields and the need to improve the sensitivity and precision of measurements is becoming an important issue for some advanced applications. Surface acoustic waves (SAW) are widely used for sensor applications, particularly for biodetection, however the theoretical limits of their sensitivity will soon be reached. At the same time, new methods of manipulating acoustic waves through periodic arrangements, called phononic crystals, have been developed. The objective is to show a proof of concept of the interaction of phononic structures coupled to a SAW Love waves device as well as their sensitivity to mass deposition in order to show their potential for biodetection applications. The work consisted of a numerical modeling step in order to design and optimize a reference phononic structure, then in an experimental phase with the development of cleanroom manufacturing processes and tests to characterize the devices and estimate a first sensitivity for this type of system.; Le développement de systèmes de diodétection est extrêmement important pour un grand nombre de domaines et la nécessité d’amélioré la sensibilité et la précision des mesures devient un enjeu important pour certaines applications de pointe. Les ondes acoustiques de surface (SAW) sont largement utilisées pour des applications capteurs notamment pour la biodétection, cependant les limites théoriques de leur sensibilité seront bientôt atteintes. Parallèlement, de nouvelles méthodes de manipulation des ondes acoustiques grâce à des arrangements périodiques, appelés cristaux phononiques, ont été développées. L'objectif est de montrer une preuve de concept de l’interaction de structures phononiques couplées à un dispositif SAW à ondes de Love ainsi que leur sensibilité à un dépôt de masse afin de montrer leur potentiel pour des applications de biodétection. Le travail a consisté en une étape de modélisation numérique afin de concevoir et optimiser une structure phononique de référence, puis en une phase expérimentale avec le développement de processus de fabrication en salle blanche et de tests afin de caractériser les dispositifs et d’estimer une première sensibilité pour ce type de systèmes.

The development of diodetection systems is extremely important for a large number of fields and the need to improve the sensitivity and precision of measurements is becoming an important issue for some advanced applications. Surface acoustic waves (SAW) are widely used for sensor applications, particularly for biodetection, however the theoretical limits of their sensitivity will soon be reached. At the same time, new methods of manipulating acoustic waves through periodic arrangements, called phononic crystals, have been developed. The objective is to show a proof of concept of the interaction of phononic structures coupled to a SAW Love waves device as well as their sensitivity to mass deposition in order to show their potential for biodetection applications. The work consisted of a numerical modeling step in order to design and optimize a reference phononic structure, then in an experimental phase with the development of cleanroom manufacturing processes and tests to characterize the devices and estimate a first sensitivity for this type of system.; Le développement de systèmes de diodétection est extrêmement important pour un grand nombre de domaines et la nécessité d’amélioré la sensibilité et la précision des mesures devient un enjeu important pour certaines applications de pointe. Les ondes acoustiques de surface (SAW) sont largement utilisées pour des applications capteurs notamment pour la biodétection, cependant les limites théoriques de leur sensibilité seront bientôt atteintes. Parallèlement, de nouvelles méthodes de manipulation des ondes acoustiques grâce à des arrangements périodiques, appelés cristaux phononiques, ont été développées. L'objectif est de montrer une preuve de concept de l’interaction de structures phononiques couplées à un dispositif SAW à ondes de Love ainsi que leur sensibilité à un dépôt de masse afin de montrer leur potentiel pour des applications de biodétection. Le travail a consisté en une étape de modélisation numérique afin de concevoir et optimiser une structure phononique de référence, puis en une phase expérimentale avec le développement de processus de fabrication en salle blanche et de tests afin de caractériser les dispositifs et d’estimer une première sensibilité pour ce type de systèmes.

This work concerns the propagation of elastic waves in an active Phononic Crystal (PC) consisting of a homogeneous piezoelectric plate, polarized according to its thickness and covered on both sides with a 1D periodic array of thin electrodes connected to impedances. The advantage of this type of CP, made from active materials, is the possibility of modulating, statically or dynamically, the band structure. Since the material used is piezoelectric, the tunability of the device is obtained by applying different periodic electrical boundary conditions (PEC) leading to control of the dispersion of the guided Lamb waves propagating in the CP. More particularly, we are interested in this study in the case of electrodes with a floating potential or connected to inductors. In the latter case, we show the opening of hybridization gaps thanks to the coupling of elastic waves to electrical resonances. Two methods are used to obtain the experimental dispersion curves. : on the one hand, the measurement of the electrical impedance on an electrode of the CP giving a spectrum whose peaks correspond to the presence of standing guided waves; on the other hand, the measurement of the electric potential on each electrode, making it possible to complete the characterization by analyzing the mode couplings as a function of the symmetries of the system. This experimental study is based on a complete elastodynamic modeling, taking into account the piezoelectric characteristics and the eigenmode coupling effects of Lamb in the CP., Ce travail concerne la propagation des ondes élastiques dans un Cristal Phononique (CP) actif constitué d’une plaque piézoélectrique homogène, polarisée suivant son épaisseur et recouverte sur ses deux faces d’un réseau périodique 1D d’électrodes minces connectées à des impédances. L’intérêt de ce type de CP, réalisé à partir de matériaux actifs, est la possibilité de moduler, de façon statique ou dynamique, la structure de bandes. Le matériau utilisé étant piézoélectrique, l’accordabilité du dispositif est obtenue en appliquant différentes conditions aux limites électriques périodiques (CLE) conduisant à un contrôle de la dispersion des ondes de Lamb guidées se propageant dans le CP. Plus particulièrement, on s’intéresse dans cette étude au cas d’électrodes avec un potentiel flottant ou connectées à des inductances. On montre dans ce dernier cas l’ouverture de gaps d’hybridation grâce au couplage des ondes élastiques à des résonances électriques. Deux méthodes sont utilisées pour l'obtention des courbes de dispersion expérimentales. : d’une part la mesure de l'impédance électrique sur une électrode du CP donnant un spectre dont les pics correspondent à la présence d'ondes guidées stationnaires; d'autre part, la mesure du potentiel électrique sur chaque électrode, permettant de compléter la caractérisation en analysant les couplages de modes en fonction des symétries du système. Cette étude expérimentale s’appuie sur une modélisation élastodynamique complète, prenant en compte les caractéristiques piézoélectriques et les effets de couplage de modes propres de Lamb dans le CP.

This work concerns the propagation of elastic waves in an active Phononic Crystal (PC) consisting of a homogeneous piezoelectric plate, polarized according to its thickness and covered on both sides with a 1D periodic array of thin electrodes connected to impedances. The advantage of this type of CP, made from active materials, is the possibility of modulating, statically or dynamically, the band structure. Since the material used is piezoelectric, the tunability of the device is obtained by applying different periodic electrical boundary conditions (PEC) leading to control of the dispersion of the guided Lamb waves propagating in the CP. More particularly, we are interested in this study in the case of electrodes with a floating potential or connected to inductors. In the latter case, we show the opening of hybridization gaps thanks to the coupling of elastic waves to electrical resonances. Two methods are used to obtain the experimental dispersion curves. : on the one hand, the measurement of the electrical impedance on an electrode of the CP giving a spectrum whose peaks correspond to the presence of standing guided waves; on the other hand, the measurement of the electric potential on each electrode, making it possible to complete the characterization by analyzing the mode couplings as a function of the symmetries of the system. This experimental study is based on a complete elastodynamic modeling, taking into account the piezoelectric characteristics and the eigenmode coupling effects of Lamb in the CP.; Ce travail concerne la propagation des ondes élastiques dans un Cristal Phononique (CP) actif constitué d’une plaque piézoélectrique homogène, polarisée suivant son épaisseur et recouverte sur ses deux faces d’un réseau périodique 1D d’électrodes minces connectées à des impédances. L’intérêt de ce type de CP, réalisé à partir de matériaux actifs, est la possibilité de moduler, de façon statique ou dynamique, la structure de bandes. Le matériau utilisé étant piézoélectrique, l’accordabilité du dispositif est obtenue en appliquant différentes conditions aux limites électriques périodiques (CLE) conduisant à un contrôle de la dispersion des ondes de Lamb guidées se propageant dans le CP. Plus particulièrement, on s’intéresse dans cette étude au cas d’électrodes avec un potentiel flottant ou connectées à des inductances. On montre dans ce dernier cas l’ouverture de gaps d’hybridation grâce au couplage des ondes élastiques à des résonances électriques. Deux méthodes sont utilisées pour l'obtention des courbes de dispersion expérimentales. : d’une part la mesure de l'impédance électrique sur une électrode du CP donnant un spectre dont les pics correspondent à la présence d'ondes guidées stationnaires; d'autre part, la mesure du potentiel électrique sur chaque électrode, permettant de compléter la caractérisation en analysant les couplages de modes en fonction des symétries du système. Cette étude expérimentale s’appuie sur une modélisation élastodynamique complète, prenant en compte les caractéristiques piézoélectriques et les effets de couplage de modes propres de Lamb dans le CP.

The ability to control the propagation of acoustic waves knows in recent years potential applications especially on the manufacture of electrical filter, but also in controlling the mechanical vibration of structures and sound insulation. To achieve this control, the properties of propagations can be changed by external load. The aim of this work is to achieve the control of acoustic waves in phononic crystal using piezoelectric materials. These materials have elastic properties coupled to the electrical properties resulting from their manufacturing process. The vibration of a piezoelectric layer is affected by the electrical boundary conditions imposed on its electrodes. A simple way to consider an electrical boundary condition on piezoelectrical material is to connect an external impedance load (positive capacitance, negative capacitance, inductance) to its electrodes. The resonance frequencies of the piezoelectric layer are then affected differently according the nature of external electric load. The positive capacitance allows to reduce the parallel resonance frequency. A negative capacitance makes it possible to increase the parallel resonance frequency of the piezoelectric layer, giving the ability to use the piezoelectric material away from away from its fundamental resonance frequency. The particular case of an inductive load has a wide possibility to control the propagation of acoustic waves through a piezoelectric pc. We demonstrate that the use of this inductive load opens a hybridization gap in a one-dimensional piezoelectric structure and enable to control the frequency position of this gap. As a result, the hybridization gap causes the opening of a bandwidth within the gap Bragg. The hybridization gap can also cause a high attenuation of acoustic waves in a pass band especially at low frequencies., Le contrôle de la propagation des ondes acoustiques connait ces dernières années des applications potentielles notamment en réalisation de filtres électriques, mais aussi dans le contrôle de la vibration des structures mécaniques et l’isolation sonore. Le principe général de ce contrôle est d’attribuer aux ondes acoustiques des propriétés de propagation pouvant être modulées par une action extérieure. Dans ce contexte, l’étude menée au cours de cette thèse porte sur la possibilité de contrôler la propagation des ondes acoustiques en utilisant des matériaux piézoélectriques . Ces matériaux présentent des propriétés élastiques qui sont couplées aux grandeurs électriques à l’issu de leur processus de fabrication. La vibration d’une couche piézoélectrique est affectée par les conditions aux limites électriques imposées au niveau de ses électrodes. Un moyen simple d’imposer des conditions aux limites électriques à ce type de matériau est de connecter une impédance de charge (capacité positive, capacité négative, inductance) à ses électrodes. Les fréquences de résonnances caractéristiques de la couche piézoélectrique sont alors affectées selon la nature de cette charge. Une capacité positive permet de diminuer la fréquence de résonnance parallèle d’une couche piézoélectrique pour atteindre sa fréquence de résonnance série. En revanche, une capacité négative donne la possibilité d’augmenter la fréquence de résonnance parallèle de la couche piézoélectrique loin de la fréquence fondamentale de son mode en épaisseur. Le ca particulier d’un charge inductive offre une large possibilité de contrôler la propagation des ondes acoustiques à travers le cp piézoélectrique. Il permet d’ouvrir un gap d’hybridation dans une structure piézoélectrique unidimensionnelle, de contrôler sa position en fréquence pour provoquer l’ouverture d’une bande passante au sein du gap de Bragg, d’atténuer les ondes acoustiques dans une bande passante notamment en basses fréquences.

Control of wave propagation in electromagnetics and acoustics experienced a large development these last years thanks to new complex media like photonic or phononic crystals and metamaterials. This work deals with the transfer of these complex media for the control of flexural waves in thin plates. These studies are the first steps towards the generalization of the control of elastic waves in structured solids. The beginning of the manuscript deals with flexural waves focusing with negative refraction using a square lattice of holes in a thin plate. The following of this work concern the time development of this negative refraction effect and shows that this system can beat the focusing diffraction limit. We introduce the blind hole or non-trough hole as a resonator for flexural wave. This resonator is the unit cell for the design and numerical study of a negative index metamaterial for flexural waves. A disordered arrangement of this resonator is used to study multiple scattering of flexural waves and Anderson localization effect. The second part of the manuscript introduces different alternative routes to control flexural wave propagation. We tackle the design and the experimental demonstration of a Maxwell fisheye lens for flexural waves. This setup comes from transformation optics theory and it is adapted to flexural waves by varying the plate thickness. We show that square plate with rigid boundary conditions can be used to reproduce the quantum revival effect for flexural waves. This effect characterized by the periodic reconstruction of an initial short pulse over time has been developed initially in quantum mechanics.; Le contrôle de la propagation des ondes électromagnétiques et acoustiques s’est largement développé ces dernières années par l’utilisation de milieux complexes tels que les cristaux photoniques ou phononiques et les métamatériaux. Ces travaux de thèse concernent l’application de ces milieux complexes au contrôle des ondes de flexion dans les plaques fines. Cette étude est une première étape vers la généralisation à l’élastodynamique du contrôle des ondes dans les milieux solides structurés. La première étude concerne la focalisation des ondes de flexion par réfraction négative à l’aide d’un réseau de trous circulaires. L’aspect dynamique du phénomène de réfraction négative est exploré et permet la focalisation des ondes de flexion en dessous de la limite de diffraction. L’introduction du trou « borgne » ou trou non traversant comme résonateur pour les ondes de flexion permet la conception d’un métamatériau à indice de réfraction négatif. Un arrangement désordonné de ce résonateur permet également l’étude de la diffusion multiple des ondes de flexion et du phénomène de localisation d’Anderson. La suite du manuscrit présente l’étude de phénomènes ondulatoires originaux construits par analogie avec d’autres types d’ondes. On abordera la fabrication d’une lentille « Maxwell fisheye », ce système issu du domaine de l’optique de transformation est transposé aux ondes de flexion par la modulation de l’épaisseur d’une plaque. Nous verrons également que la propagation dispersive des ondes de flexion dans une plaque carrée à bords rigides nous permet de démontrer la reconstruction périodique d’une impulsion brève, également connu sous le nom d’effet « revival », initialement observé en mécanique quantique.

Control of wave propagation in electromagnetics and acoustics experienced a large development these last years thanks to new complex media like photonic or phononic crystals and metamaterials. This work deals with the transfer of these complex media for the control of flexural waves in thin plates. These studies are the first steps towards the generalization of the control of elastic waves in structured solids. The beginning of the manuscript deals with flexural waves focusing with negative refraction using a square lattice of holes in a thin plate. The following of this work concern the time development of this negative refraction effect and shows that this system can beat the focusing diffraction limit. We introduce the blind hole or non-trough hole as a resonator for flexural wave. This resonator is the unit cell for the design and numerical study of a negative index metamaterial for flexural waves. A disordered arrangement of this resonator is used to study multiple scattering of flexural waves and Anderson localization effect. The second part of the manuscript introduces different alternative routes to control flexural wave propagation. We tackle the design and the experimental demonstration of a Maxwell fisheye lens for flexural waves. This setup comes from transformation optics theory and it is adapted to flexural waves by varying the plate thickness. We show that square plate with rigid boundary conditions can be used to reproduce the quantum revival effect for flexural waves. This effect characterized by the periodic reconstruction of an initial short pulse over time has been developed initially in quantum mechanics.; Le contrôle de la propagation des ondes électromagnétiques et acoustiques s’est largement développé ces dernières années par l’utilisation de milieux complexes tels que les cristaux photoniques ou phononiques et les métamatériaux. Ces travaux de thèse concernent l’application de ces milieux complexes au contrôle des ondes de flexion dans les plaques fines. Cette étude est une première étape vers la généralisation à l’élastodynamique du contrôle des ondes dans les milieux solides structurés. La première étude concerne la focalisation des ondes de flexion par réfraction négative à l’aide d’un réseau de trous circulaires. L’aspect dynamique du phénomène de réfraction négative est exploré et permet la focalisation des ondes de flexion en dessous de la limite de diffraction. L’introduction du trou « borgne » ou trou non traversant comme résonateur pour les ondes de flexion permet la conception d’un métamatériau à indice de réfraction négatif. Un arrangement désordonné de ce résonateur permet également l’étude de la diffusion multiple des ondes de flexion et du phénomène de localisation d’Anderson. La suite du manuscrit présente l’étude de phénomènes ondulatoires originaux construits par analogie avec d’autres types d’ondes. On abordera la fabrication d’une lentille « Maxwell fisheye », ce système issu du domaine de l’optique de transformation est transposé aux ondes de flexion par la modulation de l’épaisseur d’une plaque. Nous verrons également que la propagation dispersive des ondes de flexion dans une plaque carrée à bords rigides nous permet de démontrer la reconstruction périodique d’une impulsion brève, également connu sous le nom d’effet « revival », initialement observé en mécanique quantique.

This investigation deals with wave propagation in two dimensional phononic crystals (PC) made of solid scatterers embedded in solid or fluid matrices. After characterizing such composite materials, their application to acoustic imaging is brought to the forth. The ultrasonic techniques used in the experiments allow the complete measurement of the acoustic transmitted fields and the investigations concern frequency bandwidth able to exhibit negative refraction allowing the super-resolution effects. In order to complete the analysis, different theoretical tools are used: Plane Wave Expansion (PWE) and Finite Elements Method (FEM). The first part of this work deals with the realization and characterization of PC to be introduced into acoustic imaging devices (lenses) based on negative refraction. Special attention is given to characteristics such as circular equi-frequency contours, or index and impedance matching. However, during the acoustic wave propagation in a solid PC immersed in water, the presence of different Bloch modes contributing to the transmission of ultrasound is revealed and the index matching was not possible to obtain. Therefore the second part of the manuscript deals with negative refraction and waves focusing through a PC filled with a fluid. After determining the crystal properties, last chapter is devoted to the evaluation of the performances of acoustic imaging systems based on phononic lens.; La propagation des ondes ultrasonores à travers des cristaux phononiques CP à deux dimensions 2D constitués de diffuseurs solides dans des matrices solide et fluide est ici étudiée, ainsi que la caractérisation de ces milieux et leur application à l'imagerie acoustique. Les techniques expérimentales utilisées permettent une mesure complète des champs transmis à travers les cristaux. Les études sont menées dans des bandes fréquentielles autorisant les effets de réfraction négative indispensables à l'obtention d'une résolution inférieure à la limite de diffraction (super-résolution). De manière à compléter les analyses, différents outils théoriques sont exploités : Décomposition en Ondes Planes et Éléments Finis, notamment. La première partie du document concerne la réalisation et la caractérisation de cristaux phononiques possédant des propriétés nécessaires à la réalisation de systèmes d'imagerie acoustique : réfraction négative, contours équi-fréquences circulaires, accord d'indice, accord d'impédance. Cette première étude est menée sur un cristal à matrice solide, elle met en relief la possibilité de générer différents modes de Bloch au cours de la propagation. L'accord d'indice avec l'eau n'étant cependant pas obtenu, la seconde partie porte sur la réfraction négative et la focalisation des ondes à travers un CP à matrice fluide. Les propriétés du CP déterminées, le dernier chapitre s'attache à évaluer les performances des systèmes d'imagerie développés : dynamique et résolution.

This investigation deals with wave propagation in two dimensional phononic crystals (PC) made of solid scatterers embedded in solid or fluid matrices. After characterizing such composite materials, their application to acoustic imaging is brought to the forth. The ultrasonic techniques used in the experiments allow the complete measurement of the acoustic transmitted fields and the investigations concern frequency bandwidth able to exhibit negative refraction allowing the super-resolution effects. In order to complete the analysis, different theoretical tools are used: Plane Wave Expansion (PWE) and Finite Elements Method (FEM). The first part of this work deals with the realization and characterization of PC to be introduced into acoustic imaging devices (lenses) based on negative refraction. Special attention is given to characteristics such as circular equi-frequency contours, or index and impedance matching. However, during the acoustic wave propagation in a solid PC immersed in water, the presence of different Bloch modes contributing to the transmission of ultrasound is revealed and the index matching was not possible to obtain. Therefore the second part of the manuscript deals with negative refraction and waves focusing through a PC filled with a fluid. After determining the crystal properties, last chapter is devoted to the evaluation of the performances of acoustic imaging systems based on phononic lens., La propagation des ondes ultrasonores à travers des cristaux phononiques CP à deux dimensions 2D constitués de diffuseurs solides dans des matrices solide et fluide est ici étudiée, ainsi que la caractérisation de ces milieux et leur application à l'imagerie acoustique. Les techniques expérimentales utilisées permettent une mesure complète des champs transmis à travers les cristaux. Les études sont menées dans des bandes fréquentielles autorisant les effets de réfraction négative indispensables à l'obtention d'une résolution inférieure à la limite de diffraction (super-résolution). De manière à compléter les analyses, différents outils théoriques sont exploités : Décomposition en Ondes Planes et Éléments Finis, notamment. La première partie du document concerne la réalisation et la caractérisation de cristaux phononiques possédant des propriétés nécessaires à la réalisation de systèmes d'imagerie acoustique : réfraction négative, contours équi-fréquences circulaires, accord d'indice, accord d'impédance. Cette première étude est menée sur un cristal à matrice solide, elle met en relief la possibilité de générer différents modes de Bloch au cours de la propagation. L'accord d'indice avec l'eau n'étant cependant pas obtenu, la seconde partie porte sur la réfraction négative et la focalisation des ondes à travers un CP à matrice fluide. Les propriétés du CP déterminées, le dernier chapitre s'attache à évaluer les performances des systèmes d'imagerie développés : dynamique et résolution.

In the straight line of photonic and microwave meta-materials, phononic crystals are foreseen to enable novel acoustic applications that existing technologies cannot reach. These phononic crystals are periodic organisation of acoustically different materials exhibiting, for example, qtop bands, which means frequency ranges in which no wave can propagate in the structure. In this thesis we target RF frequencies in order to investigate applications complementary to the conventional resonators or filters widely used in mobile telecommunication systems. We developed a simple process flow to realise micrometric two-dimensional phononic crystals on a piezoelectric membrane. These structures are fabricated along with Lamb wave devices studied in CEA-LETI for channel filtering in low consumption wireless transmission architectures, and with bulk wave resonators or more complex structures like band-pass filters. A parametric study of Lamb wave resonators sharpens our knowledge on these devices, which allow us to design and fabricate delay lines to characterise acoustic transmission properties of phononic crystals. From a theoretical point of view we set up a simulation model using finite element method. This model was used to design the phononic crystal we realised, and to take into account the effects of the modifications brought by the technological realisation. We then fabricated phononic crystals, and electrically and optically characterised them, in collaboration with FEMTO-ST institute. Measurements confirmed the presence of band gaps at the targeted frequency, but over a wider frequency range than predicted by calculation. A detailed study of band diagrams is attributing this phenomenon to the presence of deaf bands, which cannot be excited by interdigitated fingers. This shows that the determination of these deaf bands is of critical importance in designing phononic crystals for practical applications., Poursuivant l'essor des méta-matériaux micro-ondes et photoniques, les cristaux phononiques, organisations périodiques de matériaux acoustiquement différents présentant notamment des bandes d'arrêt, c'est-à-dire de plages de fréquences pour lesquelles aucun mode ne se propage dans la structure, laissent entrevoir des applications acoustiques hors de portée des technologies existantes. Dans cette thèse, nous visons des réalisations aux fréquences RF afin de viser des applications complémentaires des résonateurs ou des filtres acoustiques largement employés dans le domaine des transmissions sans fil. Nous avons tout d'abord développé un procédé de fabrication simple permettant de réaliser des cristaux phononiques à deux dimensions à l'échelle micrométrique sur membrane piézoélectrique, afin de rendre ces systèmes compatibles avec les composants à ondes de Lamb développés au CEA-LETI pour des applications de filtrage de canal dans des architectures de transmission sans fil faible consommation. Ce procédé a été utilisé pour réaliser des cristaux phononiques, ainsi que des résonateurs à ondes de Lamb, ou à ondes de volume et des structures plus complexes comme par exemple des filtres passe-bande. Une étude paramétrique des composants à ondes de Lamb nous a permis d'affiner notre maîtrise de ces dispositifs, ce qui nous a été utile pour la mise au point des lignes à retard permettant de caractériser les propriétés de transmission acoustique des cristaux phononiques. Du point de vue théorique, un modèle de simulation par éléments finis a été mis en place, dans un premier temps pour dimensionner les structures réalisées et prendre en compte les modifications apportées par la réalisation technologique. Nous avons ensuite réalisé des cristaux phononiques que nous avons caractérisés électriquement et optiquement, en collaboration avec l'Institut FEMTO-ST. Les mesures confirment la présence de bandes d'arrêt, aux fréquences attendues, mais d'une largeur a priori bien supérieure à celle prévue par la simulation. Une étude détaillée des diagrammes de bandes attribue ce phénomène à la présence de bandes sourdes dans le cristal ne pouvant être excitées par les transducteurs utilisés. Cet aspect est d'une importance critique dans le dimensionnement de cristaux phononiques en vue d'une utilisation dans des applications pratiques.

National audience; La présence de bulles modifie bien plus les propriétés acoustiques d’un liquide que ne le feraient des inclusions solides de même taille et avec la même concentration. Cela s’explique principalement par une caractéristique unique des bulles : elles possèdent une résonance très basse fréquence (la longueur d’onde à la résonance est de l’ordre de 500 fois le rayon de la bulle). Et bien qu’il ait été prédit numériquement qu’un arrangement périodique de bulles dans un liquide présentait des bandes interdites remarquablement larges [M.S.Kushwaha et al, Phys. Lett. A 248, 252 (1998), M.Kafesaki et al, Phys. Rev. Lett. 84, 6050 (2000)], aucune preuve expérimentale n’en a été apportée jusqu’à présent. Afin de nous affranchir des difficultés expérimentales liées au contrôle et à la stabilité des bulles, nous avons utilisé des techniques de photolithographie « douce » pour construire des réseaux périodiques d’inclusions gazeuses (r&_simeq;40&_mu;m) dans une matrice élastique suffisamment molle pour que le caractère basse fréquence de la résonance des bulles soit préservé. La mesure de la transmission ultrasonore (0,3-5 MHz) à travers de tels cristaux laisse apparaître des minima larges et profonds. Le premier minimum est dû à une combinaison des effets liés aux réflexions de Bragg et des effets liés aux résonances des bulles. Nous proposons un modèle simple qui prédit les fréquences des minima de transmission, ainsi que l’ordre de grandeur de leur profondeur [V. Leroy et al, Appl. Phys. Lett. 95, 171904 (2009)].

There is growing interest in the properties of phononic crystals, which may exhibit band gaps due to Bragg scattering and/or a hybridization mechanism. We focus on 2D crystals made from nylon rods immersed in water, where the lattice constant a can be tuned by changing the separation between the scatterers. Since the bandgap frequencies for these two types of gap depend differently on a, their different physical origins can be identified experimentally. We observe both types of gap separately, and also the competition between the hybridization and Bragg mechanisms when they occur at similar frequencies in the same crystals. Further confirmation of the different character of the hybridization gaps in our crystals is revealed by comparison with random samples, where the hybridization gaps persist but the Bragg gaps are destroyed.

This work deals with two research fields: the non destructive testing and the phononic crystals. The pursued goal is the study of the relation between the existence of forbidden bands for an infinite phononic crystal and the observed attenuation of the propagating Lamb waves through a limited crystal. Physically, this corresponds to the study of the coupling of vibrating modes faced with a periodic interface. First, a numerical study involving the finite element method thanks to the ATILA® code is performed. An infinite plate made of aluminum with a periodic sinusoïdal corrugation is foremost modeled. For each studied frequency, the complex values of the wavenumber k are obtained. The dispersion curves in the (kʹ, kʺ, f) space are then plotted and show that the values of the imaginary part of the wavenumber (kʺ) are non-null in the frequency ranges of the forbidden bands. These values correspond to evanescent modes. Those modes are characterized by a parametric study (influence of the depth, the number of periods). A finite plate made of aluminum with a periodic sinusoidal corrugation is next considered. The harmonic analysis of this structure allows to link the Lamb waves attenuation and the presence of an evanescent wave existing in an infinite sinusoidal grating. Finally, the experimental study of a finite plate made of aluminum with a periodic triangular corrugation is realized. A measure of the mode conversion is performed and the forming of a coupling between a propagating mode and a backward one under the grating is observed., Ce travail de thèse est à la croisée de deux thèmes de recherche : le contrôle non destructif et les cristaux phononiques. L’objectif poursuivi est l’étude du rapport entre l’existence de bandes interdites dans un cristal phononique infini et l’atténuation observée des ondes de Lamb se propageant à travers un cristal de taille limitée. Ceci correspond physiquement à l’étude du couplage de modes de vibration en présence d’une interface périodique. Cette étude est en premier lieu numérique : la méthode des éléments finis est utilisée à l’aide du code ATILA®. Une plaque d’aluminium infinie à périodicités sinusoïdales est ainsi modélisée. Pour chaque fréquence étudiée, les valeurs complexes du nombre d’onde k sont obtenues. Les courbes de dispersion dans l’espace (kʹ, kʺ, f) sont alors tracées et montrent que les valeurs de la partie imaginaire du nombre d’onde (kʺ) sont non nulles pour des fréquences comprises dans les bandes interdites. Ces valeurs correspondent à des modes évanescents. Ceux-ci sont caractérisés par une étude paramétrique (influence de la profondeur, du nombre de périodes). Une plaque d’aluminium finie présentant un réseau de rainures à périodicité sinusoïdale est ensuite considérée. L’analyse harmonique de cette structure permet de relier l’atténuation des ondes de Lamb et la présence d’une onde évanescente existant dans un réseau infini de périodicités sinusoïdales. Enfin, l’étude expérimentale d’une plaque d’aluminium finie présentant un réseau de rainures à périodicité triangulaire est réalisée. Une mesure de la conversion de mode est effectuée et la formation d’un couplage entre un mode propagatif et un mode rétropropagatif sous le réseau est observée.

This thesis is devoted to the study of the acoustic modes of nanostructures ordered as lattices. The vibration's frequencies of nanostructures are in the hypersonic range (1 GHz-1 THz). Their lattice organization with sub-micronic repetition step leads to collective acoustic modes in the same frequency range. This work aims to demonstrate these modes. We used electronic lithography to fabricate two dimensionnal lattices of metallic nanocubes. Their vibrations were time-resolved by picosecond ultrasonics. This optical pump-probe technique can excite and detect acoustic waves at hypersonic frequencies. Two kinds of acoustic modes were demonstrated. The proper modes of the cubes and the collective modes of the whole assembly. Collective modes are studied in lattices sets of various repetition step. They propagate in the lattices plane with a discrete set of wavevectors. An analytical model can explain their frequency as a function of the system's geometric and elastic parameters. Eventually the detection of these modes is due to a new mechanism, probably linked to the excitation of surface plasmon resonances at the sample surface.; Cette thèse est consacrée à l'étude des modes acoustiques de nanostructures en réseaux. Les fréquences de vibration de nanostructures se situent dans la gamme hypersonore (1GHz-1THz). Leur organisation en réseau de pas sub-micronique implique l'existence de modes acoustiques collectifs dans cette même gamme de fréquences. L'objet de ce travail est la mise en évidence de ces modes. Nous avons utilisé la lithographie électronique pour réaliser des réseaux à deux dimensions de nano-cubes métalliques. Leurs vibrations ont été résolues en temps par acoustique picoseconde. Cette technique de pompe-sonde optique permet d'exciter et de détecter des ondes acoustiques de fréquences hypersonores. Deux catégories de modes acoustiques ont été mises en évidence. Les modes individuels de vibration des cubes et les modes collectifs de l'ensemble. Les modes collectifs sont étudiés dans des séries de réseaux de différents pas. Leur propagation a lieu dans le plan des réseaux suivant un ensemble discret de vecteurs d'ondes. Un modèle analytique permet de reproduire leur fréquence en fonction des paramètres géométriques et élastiques du système. Enfin la détection de ces modes relève d'un mécanisme inédit, probablement lié à l'excitation de plasmons de surface dans l'échantillon.

This thesis is devoted to the study of the acoustic modes of nanostructures ordered as lattices. The vibration's frequencies of nanostructures are in the hypersonic range (1 GHz-1 THz). Their lattice organization with sub-micronic repetition step leads to collective acoustic modes in the same frequency range. This work aims to demonstrate these modes. We used electronic lithography to fabricate two dimensionnal lattices of metallic nanocubes. Their vibrations were time-resolved by picosecond ultrasonics. This optical pump-probe technique can excite and detect acoustic waves at hypersonic frequencies. Two kinds of acoustic modes were demonstrated. The proper modes of the cubes and the collective modes of the whole assembly. Collective modes are studied in lattices sets of various repetition step. They propagate in the lattices plane with a discrete set of wavevectors. An analytical model can explain their frequency as a function of the system's geometric and elastic parameters. Eventually the detection of these modes is due to a new mechanism, probably linked to the excitation of surface plasmon resonances at the sample surface.; Cette thèse est consacrée à l'étude des modes acoustiques de nanostructures en réseaux. Les fréquences de vibration de nanostructures se situent dans la gamme hypersonore (1GHz-1THz). Leur organisation en réseau de pas sub-micronique implique l'existence de modes acoustiques collectifs dans cette même gamme de fréquences. L'objet de ce travail est la mise en évidence de ces modes. Nous avons utilisé la lithographie électronique pour réaliser des réseaux à deux dimensions de nano-cubes métalliques. Leurs vibrations ont été résolues en temps par acoustique picoseconde. Cette technique de pompe-sonde optique permet d'exciter et de détecter des ondes acoustiques de fréquences hypersonores. Deux catégories de modes acoustiques ont été mises en évidence. Les modes individuels de vibration des cubes et les modes collectifs de l'ensemble. Les modes collectifs sont étudiés dans des séries de réseaux de différents pas. Leur propagation a lieu dans le plan des réseaux suivant un ensemble discret de vecteurs d'ondes. Un modèle analytique permet de reproduire leur fréquence en fonction des paramètres géométriques et élastiques du système. Enfin la détection de ces modes relève d'un mécanisme inédit, probablement lié à l'excitation de plasmons de surface dans l'échantillon.

This thesis is devoted to the study of the acoustic modes of nanostructures ordered as lattices. The vibration's frequencies of nanostructures are in the hypersonic range (1 GHz-1 THz). Their lattice organization with sub-micronic repetition step leads to collective acoustic modes in the same frequency range. This work aims to demonstrate these modes. We used electronic lithography to fabricate two dimensionnal lattices of metallic nanocubes. Their vibrations were time-resolved by picosecond ultrasonics. This optical pump-probe technique can excite and detect acoustic waves at hypersonic frequencies. Two kinds of acoustic modes were demonstrated. The proper modes of the cubes and the collective modes of the whole assembly. Collective modes are studied in lattices sets of various repetition step. They propagate in the lattices plane with a discrete set of wavevectors. An analytical model can explain their frequency as a function of the system's geometric and elastic parameters. Eventually the detection of these modes is due to a new mechanism, probably linked to the excitation of surface plasmon resonances at the sample surface.; Cette thèse est consacrée à l'étude des modes acoustiques de nanostructures en réseaux. Les fréquences de vibration de nanostructures se situent dans la gamme hypersonore (1GHz-1THz). Leur organisation en réseau de pas sub-micronique implique l'existence de modes acoustiques collectifs dans cette même gamme de fréquences. L'objet de ce travail est la mise en évidence de ces modes. Nous avons utilisé la lithographie électronique pour réaliser des réseaux à deux dimensions de nano-cubes métalliques. Leurs vibrations ont été résolues en temps par acoustique picoseconde. Cette technique de pompe-sonde optique permet d'exciter et de détecter des ondes acoustiques de fréquences hypersonores. Deux catégories de modes acoustiques ont été mises en évidence. Les modes individuels de vibration des cubes et les modes collectifs de l'ensemble. Les modes collectifs sont étudiés dans des séries de réseaux de différents pas. Leur propagation a lieu dans le plan des réseaux suivant un ensemble discret de vecteurs d'ondes. Un modèle analytique permet de reproduire leur fréquence en fonction des paramètres géométriques et élastiques du système. Enfin la détection de ces modes relève d'un mécanisme inédit, probablement lié à l'excitation de plasmons de surface dans l'échantillon.

This thesis has been conducted within the département LPMO of the institut FEMTO-ST, under the supervisionof Vincent Laude and Abdelkrim Khelif. It has been devoted to the study of wave propagation in elastic band gap materials, the so-called phononic crystals.In the first part of this work, filtering, guiding and coupling phenomena in low operating frequency bulk wave phononic crystals consisting of an arrangement of millimeter-sized steel rods immersed in water have been investigated. Complex functions like band gap tunability or wavelength demultiplexing have proven to be achievable in such structures.The second part has been aiming at demonstrating the possibility of implementing band gap properties for surface waves in two-dimensional phononic crystals with an operating frequency of the order of a few hundreds of megahertz. Micron-sized holes have been etched both in lithium niobate and in silicon using clean room processes to allow for the fabrication of the periodical structures which have been characterised by electrical as well as by optical techniques. A full band gap for surface acoustic waves has been found, in close agreement with the theoretical predictions.Eventually, the third part of this thesis has dealt with a preliminary theoretical study of acousto-optical interactionsin artificial materials exhibiting both photonic and phononic band gap properties. This study has highlighted the formalism-pertaining issues encountered when dealing with highly and simultaneously confined acoustic and optical modes.; Cette thèse, réalisée au sein du département de Physique et de Métrologie des Oscillateurs de l'institut FEMTO-ST sous la direction de Vincent Laude et d'Abdelkrim Khelif, s'inscrit dans le courant de recherche dédié depuis quelques années à l'étude de la propagation des ondes dans les matériaux à bandes interdites pour les ondes élastiques, ou cristaux phononiques.La première partie de ces travaux a consisté à mettre expérimentalement en évidence l'existence de phénomènes de filtrage, guidage et couplage des ondes dans des structures périodiques de dimension millimétrique constituées de tiges d'acier dans de l'eau, opérant à une fréquence de l'ordre de la dizaine de kilohertz.La seconde partie de cette thèse a été consacrée à la fabrication et à la caractérisation de cristaux phononiques à l'échelle de la dizaine de microns en niobate de lithium pour des applications aux ondes de surface à plus haute fréquence (quelques centaines de mégahertz). La caractérisation électrique comme optique des cristaux phononiques a permis de mettre en évidence l'existence d'une bande interdite complète pour les ondes de surface dans cette structure périodique. Des expériences similaires menées sur des structures en silicium ont encore confirmé ces résultats expérimentaux.Enfin, la dernière partie de ces travaux a été dédiée à l'étude théorique des interactions acousto-optiques dans des matériaux présentant des bandes interdites à la fois photoniques et phononiques. Elle a permis de révéler l'importance du formalisme mathématique employé, dans cette configuration particulière où ondes optiques et élastiques sont fortement confinées.

This thesis has been conducted within the département LPMO of the institut FEMTO-ST, under the supervisionof Vincent Laude and Abdelkrim Khelif. It has been devoted to the study of wave propagation in elastic band gap materials, the so-called phononic crystals.In the first part of this work, filtering, guiding and coupling phenomena in low operating frequency bulk wave phononic crystals consisting of an arrangement of millimeter-sized steel rods immersed in water have been investigated. Complex functions like band gap tunability or wavelength demultiplexing have proven to be achievable in such structures.The second part has been aiming at demonstrating the possibility of implementing band gap properties for surface waves in two-dimensional phononic crystals with an operating frequency of the order of a few hundreds of megahertz. Micron-sized holes have been etched both in lithium niobate and in silicon using clean room processes to allow for the fabrication of the periodical structures which have been characterised by electrical as well as by optical techniques. A full band gap for surface acoustic waves has been found, in close agreement with the theoretical predictions.Eventually, the third part of this thesis has dealt with a preliminary theoretical study of acousto-optical interactionsin artificial materials exhibiting both photonic and phononic band gap properties. This study has highlighted the formalism-pertaining issues encountered when dealing with highly and simultaneously confined acoustic and optical modes.; Cette thèse, réalisée au sein du département de Physique et de Métrologie des Oscillateurs de l'institut FEMTO-ST sous la direction de Vincent Laude et d'Abdelkrim Khelif, s'inscrit dans le courant de recherche dédié depuis quelques années à l'étude de la propagation des ondes dans les matériaux à bandes interdites pour les ondes élastiques, ou cristaux phononiques.La première partie de ces travaux a consisté à mettre expérimentalement en évidence l'existence de phénomènes de filtrage, guidage et couplage des ondes dans des structures périodiques de dimension millimétrique constituées de tiges d'acier dans de l'eau, opérant à une fréquence de l'ordre de la dizaine de kilohertz.La seconde partie de cette thèse a été consacrée à la fabrication et à la caractérisation de cristaux phononiques à l'échelle de la dizaine de microns en niobate de lithium pour des applications aux ondes de surface à plus haute fréquence (quelques centaines de mégahertz). La caractérisation électrique comme optique des cristaux phononiques a permis de mettre en évidence l'existence d'une bande interdite complète pour les ondes de surface dans cette structure périodique. Des expériences similaires menées sur des structures en silicium ont encore confirmé ces résultats expérimentaux.Enfin, la dernière partie de ces travaux a été dédiée à l'étude théorique des interactions acousto-optiques dans des matériaux présentant des bandes interdites à la fois photoniques et phononiques. Elle a permis de révéler l'importance du formalisme mathématique employé, dans cette configuration particulière où ondes optiques et élastiques sont fortement confinées.

In this thesis, we have experimentally studied several aspects of acoustic wave propagation through ordered and disordered heterogeneous media.First of all, we have built and characterized periodic samples, that are called "phononic crystals". These materials behave as efficient frequency filters, and present great technological and theoretical interest. We have studied the group time through monocrystals, which revealed an effect analogous to the tunneling effect classically encountered in quantum mechanics. Through a Fabry-Perot structure made up of two phononic crystals, we have identified resonances in the transmission spectrum. At these frequencies, the group time shows that waves are trapped inside the cavity, as in quantum resonant tunneling. These results are supported by numerical simulations.Time reversal experiments through phononic crystals have revealed an absence of hyperfocusing, which is a characteristic of disordered samples.With bubble clouds, we have tried to bring to light the nonlinear multiple scattering regime.To that end, we have built an experimental setup which enabled us to generate quite reproducible bubble clouds. Several methods were used to obtain the bubble radius distribution function, one of which allowed us to estimate the void fraction. Low bubble densities did not allow the observation of a strong multiple scattering regime, and the origin of the measured non-linearities remains unsure.; Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à divers aspects de la propagation d'une onde ultrasonore dans des milieux hétérogènes périodiques et désordonnés.Nous avons tout d'abord conçu et caractérisé des échantillons périodiques, autrement appelés "cristaux phononiques". Ces matériaux se comportent comme des filtres fréquentiels et présentent un grand intérêt technologique et théorique. Nous avons étudié le temps de groupe à la traversée de monocristaux, qui révèle un effet analogue à l'effet tunnel en mécanique quantique. Dans une structure de type Fabry-Pérot constituée de deux cristaux phononiques, nous avons mis en évidence des résonances en transmission. L'étude du temps de groupe montre un phénomène de piégeage de l'onde dans la cavité, analogue de l'effet tunnel résonant. Les résultats obtenus sont confirmés par la modélisation numérique.Par la suite, des expériences de Retournement Temporel dans les cristaux phononiques ont révélé une absence d'hyperfocalisation, caractéristique des milieux désordonnés.Nous avons ensuite cherché à mettre en évidence la diffusion multiple en régime non-linéaire dans les nuages de bulles. A cet effet, nous avons conçu un dispositif expérimental qui nous a permis de générer des populations de bulles relativement stables et contrôlées. Plusieurs méthodes de caractérisation de la fonction de distribution du rayon des bulles ont été mises en oeuvre, et l'une d'elles nous a permis d'estimer la fraction volumique de bulles.Les densités de bulles mises en jeu n'ont pas permis de mettre en évidence un régime de diffusion multiple fort, tandis que l'origine des non-linéarités observées reste incertaine.

In this thesis, we have experimentally studied several aspects of acoustic wave propagation through ordered and disordered heterogeneous media.First of all, we have built and characterized periodic samples, that are called "phononic crystals". These materials behave as efficient frequency filters, and present great technological and theoretical interest. We have studied the group time through monocrystals, which revealed an effect analogous to the tunneling effect classically encountered in quantum mechanics. Through a Fabry-Perot structure made up of two phononic crystals, we have identified resonances in the transmission spectrum. At these frequencies, the group time shows that waves are trapped inside the cavity, as in quantum resonant tunneling. These results are supported by numerical simulations.Time reversal experiments through phononic crystals have revealed an absence of hyperfocusing, which is a characteristic of disordered samples.With bubble clouds, we have tried to bring to light the nonlinear multiple scattering regime.To that end, we have built an experimental setup which enabled us to generate quite reproducible bubble clouds. Several methods were used to obtain the bubble radius distribution function, one of which allowed us to estimate the void fraction. Low bubble densities did not allow the observation of a strong multiple scattering regime, and the origin of the measured non-linearities remains unsure., Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à divers aspects de la propagation d'une onde ultrasonore dans des milieux hétérogènes périodiques et désordonnés.Nous avons tout d'abord conçu et caractérisé des échantillons périodiques, autrement appelés "cristaux phononiques". Ces matériaux se comportent comme des filtres fréquentiels et présentent un grand intérêt technologique et théorique. Nous avons étudié le temps de groupe à la traversée de monocristaux, qui révèle un effet analogue à l'effet tunnel en mécanique quantique. Dans une structure de type Fabry-Pérot constituée de deux cristaux phononiques, nous avons mis en évidence des résonances en transmission. L'étude du temps de groupe montre un phénomène de piégeage de l'onde dans la cavité, analogue de l'effet tunnel résonant. Les résultats obtenus sont confirmés par la modélisation numérique.Par la suite, des expériences de Retournement Temporel dans les cristaux phononiques ont révélé une absence d'hyperfocalisation, caractéristique des milieux désordonnés.Nous avons ensuite cherché à mettre en évidence la diffusion multiple en régime non-linéaire dans les nuages de bulles. A cet effet, nous avons conçu un dispositif expérimental qui nous a permis de générer des populations de bulles relativement stables et contrôlées. Plusieurs méthodes de caractérisation de la fonction de distribution du rayon des bulles ont été mises en oeuvre, et l'une d'elles nous a permis d'estimer la fraction volumique de bulles.Les densités de bulles mises en jeu n'ont pas permis de mettre en évidence un régime de diffusion multiple fort, tandis que l'origine des non-linéarités observées reste incertaine.

In the present thesis, the propagation of acoustics waves in multiple scattering elastic media, either periodic or random, is studied. The multiple scattering process is described by a multiple scattering formalism developed as part of modal theories. In the first and second chapters, the scattering by a cluster of a few scatterers and by an infinite periodic linear array of scatterers is studied from the resonant point of view. Next, in the third chapter, the propagation of waves in a two-dimensional periodic array (i.e. phononic crystal) is analysed. To calculate the reflection and transmission coefficients, the approach consists in considering the two-dimensional array as a periodic series of infinite periodic linear arrays. This approach is also used in the last chapter to validate an effective medium theory, originally developed for purely random multiple scattering media ; the theory is validated by adapting it to random distributions of infinite periodic linear arrays, i.e. to half-periodic media.; L'objectif de ce travail est d'étudier les phénomènes liés à la propagation acoustique dans deux types de milieux hétérogènes : les milieux multiplement diffuseurs aléatoires et ceux périodiques. Ces milieux comportent des inclusions cylindriques (diffuseurs) soit remplies d'air soit remplies d'eau. Les outils théoriques qui sont mis en œuvre sont ceux de la diffusion multiple, et la description de l'interaction des ondes élastiques avec un diffuseur est traitée à l'aide d'une analyse modale. Les résultats de cette thèse peuvent avoir des retombées en ce qui concerne la compréhension des phénomènes liés à la propagation en milieu poreux et dans les cristaux phononiques. Ils ouvrent également des perspectives intéressantes en ce qui concerne l'évaluation ultrasonore de matériaux composites. Les deux premiers chapitres de la thèse traitent des phénomènes d'interaction résonante tout d'abord pour un réseau de quelques diffuseurs, puis pour un réseau composé d'une distribution linéaire et périodique d'un grand nombre diffuseurs. La propagation d'ondes dans des réseaux bi-périodiques est étudiée dans le troisième chapitre. Le formalisme utilisé est exploité dans le chapitre final pour valider une théorie de milieu effectif décrivant originellement la réflexion et la transmission des ondes cohérentes par une couche de diffuseurs aléatoirement répartis. Pour cette validation, la théorie a été adaptée à une distribution semi-périodique et semi-aléatoire de diffuseurs.

In the present thesis, the propagation of acoustics waves in multiple scattering elastic media, either periodic or random, is studied. The multiple scattering process is described by a multiple scattering formalism developed as part of modal theories. In the first and second chapters, the scattering by a cluster of a few scatterers and by an infinite periodic linear array of scatterers is studied from the resonant point of view. Next, in the third chapter, the propagation of waves in a two-dimensional periodic array (i.e. phononic crystal) is analysed. To calculate the reflection and transmission coefficients, the approach consists in considering the two-dimensional array as a periodic series of infinite periodic linear arrays. This approach is also used in the last chapter to validate an effective medium theory, originally developed for purely random multiple scattering media ; the theory is validated by adapting it to random distributions of infinite periodic linear arrays, i.e. to half-periodic media., L'objectif de ce travail est d'étudier les phénomènes liés à la propagation acoustique dans deux types de milieux hétérogènes : les milieux multiplement diffuseurs aléatoires et ceux périodiques. Ces milieux comportent des inclusions cylindriques (diffuseurs) soit remplies d'air soit remplies d'eau. Les outils théoriques qui sont mis en œuvre sont ceux de la diffusion multiple, et la description de l'interaction des ondes élastiques avec un diffuseur est traitée à l'aide d'une analyse modale. Les résultats de cette thèse peuvent avoir des retombées en ce qui concerne la compréhension des phénomènes liés à la propagation en milieu poreux et dans les cristaux phononiques. Ils ouvrent également des perspectives intéressantes en ce qui concerne l'évaluation ultrasonore de matériaux composites. Les deux premiers chapitres de la thèse traitent des phénomènes d'interaction résonante tout d'abord pour un réseau de quelques diffuseurs, puis pour un réseau composé d'une distribution linéaire et périodique d'un grand nombre diffuseurs. La propagation d'ondes dans des réseaux bi-périodiques est étudiée dans le troisième chapitre. Le formalisme utilisé est exploité dans le chapitre final pour valider une théorie de milieu effectif décrivant originellement la réflexion et la transmission des ondes cohérentes par une couche de diffuseurs aléatoirement répartis. Pour cette validation, la théorie a été adaptée à une distribution semi-périodique et semi-aléatoire de diffuseurs.