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L'éruption explosive du volcan Hunga Tonga - Hunga Ha’apai (HTHH), le 15 janvier 2022, a produit la plus puissante explosion enregistrée depuis les explosions du Krakatau et du Tambora dans les années 1800, libérant une énergie équivalente à 110 mégatonnes de TNT. Les ondes générées se sont propagées dans le sol, et dans l’atmosphère jusqu’à l’ionosphère. L'onde atmosphérique la plus énergétique observée sur les baromètres correspond au mode de Lamb. De période supérieure à 2000 s, son amplitude est comparable à celle observée lors de l’éruption du Krakatau en 1883. L’empreinte des perturbations atmosphériques a été caractérisée à l’échelle planétaire par des réseaux de mesures au sol, à bord de satellites ou de plateformes aéroportées. L’analyse combinée de ces observations a permis d’évaluer les conséquences à court terme de l'éruption du HTHH. Les méthodes d'investigation géophysiques présentées dans cette note montrent l’apport d’analyses interdisciplinaires pour caractériser la réponse impulsionnelle des enveloppes fluides planétaires (atmosphère, océans et mers) à une éruption d’une intensité exceptionnelle.

S’il figure incontestablement parmi les critères identificatoires que l’on associe volontiers au média radio, son « caractère mobile » relève-t-il pour autant de son essence ? Lui est-il ontologiquement associé ? Ou, autrement dit, serait-il inimaginable d’envisager toute approche du radiophonique d’où serait absente sa « mobilité » ? De prime abord, l’interrogation peut paraître essentiellement rhétorique, et ne pas devoir nécessiter davantage de développements. Toutefois cette évidence peut s’avérer moins patente qu’il ne peut paraître. Et ce, notamment, si l’on passe en revue certaines évolutions récentes qui ont affecté ce moyen de communication, ce que cet article proposera dans un second temps, en s’inspirant du cas belge. Auparavant, le texte se sera interrogé sur l’essentialité de la mobilité radiophonique depuis les origines de ce média. While it is undoubtedly one of the identifying criteria that we readily associate with radio, does its “mobile character” nonetheless stem from its essence? Is it ontologically associated with it? Or, in other words, would it be unimaginable to consider any approach to radio that does not take into account its “mobility”? At first glance, the question may seem essentially rhetorical, and does not require further development. However this evidence may turn out to be less obvious than it may appear. And this, in particular, for some recent developments experienced by this means of communication, which this article will propose in a second step, drawing inspiration from the Belgian case. Previously, the text will have questioned the essentiality of “radio mobility” since the origins of this medium. Si bien es sin duda uno de los criterios identificativos que asociamos fácilmente con los medios de radio, ¿su "carácter móvil", no obstante, proviene de su esencia?¿Está asociado ontológicamente con él?, en otras palabras, ¿sería inimaginable considerar cualquier enfoque de la radio que no tenga su "movilidad"?A primera vista, la pregunta puede parecer esencialmente retórica y no necesita un mayor desarrollo.Sin embargo, esta evidencia puede ser menos obvia de lo que parece.Y esto, en particular, si repasamos algunos desarrollos recientes que han afectado a este medio de comunicación, que este artículo propondrá en un segundo paso, inspirándonos en el caso belga.Previamente, el texto habrá cuestionado la esencialidad de la radio movilidad desde los orígenes de este medio.

Intermittency is a characteristic feature of turbulent flows. Typically observed as the localized enhancement of small-scale field fluctuations, it is at the origin of the bursty behavior of the energy dissipation in fluids. Though, the intermittent character of the velocity and the temperature fields has been reported in many observations in geophysical flows also in the large scales.The purpose of this thesis is precisely to characterize the emergence of large-scale intermittent vertical velocity drafts and temperature bursts in stratified turbulent flows of geophysical interests, as detected in the atmosphere and the oceans. In particular, using direct numerical simulations (DNSs) of the Boussinesq equations (with or without rotation), I explored the parameter space for the aim of investigating dynamics and energetics in stratified flows in which the interplay of internal waves and turbulent motions produces powerful enhancements of the vertical velocity and temperature at the scale of the mean flow. This phenomenon, resulting from a resonant mechanism that I describe through a simple one-dimensional model, feeds back on the energy transport and dissipation property of the flow, influencing mixing.The large-scale intermittency detected in stratified flows has been investigated here by means of high order statistics of the prognostic fields, and in particular through the kurtoses of the vertical velocity and temperature, which are found to have a non-monotonic behavior with the Froude number. The Eulerian fields are used to characterize the distribution of the energy across the scales and the exchanges between kinetic and potential energies within the resonant regime. Lagrangian tracers, instead, have been released in DNSs to investigate the dispersion in stratified turbulent flows developing extreme vertical drafts.The first radar observation of an extreme event in the vertical velocity field in the mesosphere and lower thermosphere (MLT), interpreted here as a “super-bore”, is finally presented here together with a study of the diffusion of a passive scalar in a turbulent flow, preliminary to future characterizations of the passive scalar diffusion in a stratified environment in the resonant regime identified here in terms of the Froude number., L’intermittence est un trait caractéristique des écoulements turbulents. Généralement observée comme l’intensification localisée des fluctuations de champ à petite échelle, elle est à l’origine du comportement en rafale de la dissipation et du taux de transfert d’énergie. Toutefois, le caractère intermittent des champs de vitesse et de température a été également documenté dans de nombreuses observations d’écoulements géophysiques à grande échelle. L’objectif de cette thèse est précisément de caractériser l’émergence de vents verticaux intermittents et de rafales de température, dans des turbulences stratifiées des écoulements d’intérêt géophysique, comme ceux qui sont détectés dans l’atmosphère et les océans. En particulier, en utilisant des simulations numériques directes (DNSs) des équations de Boussinesq (avec ou sans rotation), j’ai exploré l’espace des paramètres dans le but d’étudier la dynamique et l’énergétique des écoulements stratifiés dans lesquels l’interaction des ondes internes et des mouvements turbulents produit des puissantes intensifications de la vitesse verticale et de la température à grande échelle. Ce phénomène est le résultat d’un mécanisme résonant que je décris à travers un modèle simple à une dimension; il se répercute sur la propriété de transport et de dissipation d’énergie de l’écoulement, influençant le mélange. L’intermittence à grande échelle détectée dans les écoulements stratifiés a été étudiée ici en utilisant de statistiques d’ordre élevé des champs pronostiques, et en particulier à travers les coefficients d’aplatissement de la vitesse verticale et de la température, qui ont un comportement non monotone avec le nombre de Froude, c’est-à-dire, le paramètre de contrôle du système turbulent considéré comme une superposition d’ondes et de tourbillons non linéaires. Les champs Eulériens sont utilisés pour caractériser la distribution de l’énergie à travers les échelles et les échanges entre énergie cinétique et énergie potentielle dans le régime résonant. Les traceurs Lagrangiens ont aussi été distribues dans les DNS pour étudier leur dispersion dans des écoulements turbulents stratifiés, développant des courants ascendants extrêmes. Finalement, la première observation radar d’un événement extrême dans le champ de vitesse verticale dans la mésosphère et la thermosphère inférieure (MLT), interprété ici comme un “super-bore”, est présentée avec une étude de la diffusion d’un scalaire passif dans un écoulement turbulent, préalable à de futures caractérisations de la diffusion scalaire passive en milieu stratifié dans le régime résonant, identifié comme avant en termes de nombre de Froude.

This thesis concerns the study of metamaterials for water surface waves. The study is based on a laboratory experiment which makes it possible to measure the wave field precisely.In the first part, we demonstrate experimentally and numerically that metamaterials can be used to control the wave propagation and resonance properties of a closed cavity, including the cloaking of its eigenmodes. The anisotropic medium is designed using coordinate transformation theory and the homogenization of a three-dimensional linear water wave problem. This medium consists of a set of vertical plates whose spacing is much lower than the wavelength. This structure imposes an anisotropic bathymetry which influences the propagation of the waves differently according to their direction of propagation. Three different cavities manufactured by a 3D printer are tested and compared to the reference case with bathymetry without structuring. Fourier Transform Profilometry, as well as confocal displacement sensors, are used for measurements of water surface deformation resolved in time and space. Experimental data shows a remarkable ability of the metamaterial to influence the anisotropic propagation of waves on the water surface.The second part concerns the metamaterials submerged between two water layers for which a homogenized model is proposed, and the numerical solution by the modal method is provided. The anisotropic properties of such a structure are investigated experimentally using the same technique. An analysis based on the Bloch-Floquet formalism is performed to verify the dispersion relation of this medium predicted by the homogenization method.The main objective of the third part of this thesis is to experimentally study topologically protected edge states in a waveguide with periodic geometry in both linear and non-linear regimes. One of the representations of topological states, provided by the Su-Schrieffer-Heeger (SSH) model, is applied to describe the observed phenomena. A waveguide with periodic width is compared to the regular case of a rectangular reservoir with constant width. Confocal displacement sensors are used to measure the wave field very precisely. The experimental data is compared with the results of the 2D numerical simulations and the prediction of the SSH model. The results obtained show that this very simple configuration presents all the properties of the SSH model with excellent agreement.; La thèse concerne l'étude des métamatériaux dans le contexte des ondes à la surface de l'eau. Cette étude s'appuie sur une expérience en laboratoire qui permet de mesurer précisément le champ des ondes.Dans la première partie, nous démontrons expérimentalement et numériquement que les métamatériaux peuvent être utilisés pour contrôler la propagation des ondes et les propriétés de résonance d'une cavité fermée, y compris le « cloaking » de ses modes propres. Le milieu anisotrope est conçu à partir de la théorie de la transformation des coordonnées et de l'homogénéisation d'un problème d’onde tridimensionnel. Ce milieu est constitué par un ensemble de plaques verticales dont l’espacement est très inférieur à la longueur d’onde. Cette structure impose une bathymétrie anisotrope qui influe sur la propagation des ondes différemment selon leur direction de propagation par rapport à ce milieu structuré. Trois cavités différentes, fabriquées par une imprimante 3D, sont testées et comparées au cas de référence avec bathymétrie sans structuration. La profilométrie par transformée de Fourier, ainsi que des capteurs de déplacement confocaux, sont utilisés pour les mesures de la déformation de la surface de l'eau résolues en temps et en espace. Les données expérimentales montrent une capacité remarquable du métamatériau à influer sur la propagation anisotrope des ondes à la surface de l'eau.La deuxième partie concerne les métamatériaux immergés entre deux eaux pour lesquels un modèle homogénéisé est proposé et la solution numérique par méthode modale est fournie. Les propriétés anisotropes d'une telle structure sont étudiées expérimentalement en utilisant la même technique. Une analyse basée sur le formalisme de Bloch-Floquet est effectuée pour vérifier la relation de dispersion de ce milieu prédite par la méthode d'homogénéisation.L'objectif principal de la troisième partie de cette thèse est d'étudier expérimentalement les états de bord topologiquement protégés dans un guide d'ondes à géométrie périodique en régime linéaire et non linéaire. Une des représentations des états topologiques, fournie par le modèle Su-Schrieffer-Heeger (SSH), est appliquée pour décrire les phénomènes observés. Un guide d'ondes avec une largeur périodique est comparé au cas régulier d’un réservoir rectangulaire avec une largeur constante. Des capteurs de déplacement confocaux sont utilisés pour mesurer le champ d'onde très précisément. Les données expérimentales sont comparées aux résultats des simulations numériques 2D et à la prédiction du modèle SSH. Les résultats obtenus montrent que cette configuration très simple présente toutes les propriétés du modèle SSH avec un excellent accord.

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.

Rotation has important consequences for stellar internal structure and evolution. The centrifugal force deforms the star and balances gravity, mimicking a lower mass star. Most importantly, meridional circulations and rotation-induced turbulence mixes chemical elements, extending the stellar lifetime and affecting age determinations, one of the most important problems in astrophysics. Lastly, the rotation-convection interaction generates magnetic fields. The associated activity has a determining influence on the survival of planetary atmospheres. Asteroseismic data from the space missions CoRoT and Kepler have shown that current 1D models of angular momentum transport in radiative zones (turbulent viscosity and meridional circulation) are not satisfactory. Other mechanisms must be active, such as internal gravity waves, magnetic fields, etc. All models proposed for these mechanisms are incomplete and must, in particular, account for 2D effects. The 1D description of rotation is usually justified by the fact that turbulence is much stronger horizontally than vertically in radiative zones, suppressing variations of angular velocity. This assumption may not be verified at near the rotation axis. Moreover, because internal gravity waves are generated at the base of convective envelopes, the Doppler shift experienced by these waves when they enter the radiative zone should depend on latitude. These waves are further filtered in the transition zone between the convective and radiative zones, a zone that has a strong differential rotation. This PhD is devoted to the implementation in a stellar evolution code of a simplified treatment of transport of angular momentum in 2D. This treatment is based on a deformation method that enables the computation of the 2D structure of the star, as well as the rotation-induced perturbations of the various fields. The transport of angular momentum is then treated in 2D, and will allow the further study of extra mechanisms of transport., La rotation a d'importantes conséquences sur la structure interne des étoiles et leur évolution. La force centrifuge déforme l'étoile et s'oppose à la gravité, mimant une étoile de plus faible masse. Plus important encore, la circulation méridienne et la turbulence induites par la rotation mélangent les éléments chimiques, prolongeant la vie de l'étoile et altérant la détermination de son âge, un problème majeur en astrophysique. Enfin, l'interaction rotation-convection génère des champs magnétiques. L'activité associée a une influence décisive sur la survie des atmosphères planétaires. Les données astérosismiques des missions spatiales CoRoT et Kepler ont montré que les modèles 1D actuels de transport du moment cinétique dans les zones radiatives (viscosité turbulente et circulation méridienne) ne sont pas satisfaisants. D'autres mécanismes doivent être actifs: les ondes internes de gravité, les champs magnétiques, etc. Tous les modèles les décrivant sont actuellement incomplets et doivent en particulier tenir compte des effets 2D. La description 1D de la rotation est généralement justifiée par le fait que, dans les zones radiatives, la turbulence est beaucoup plus forte horizontalement que verticalement, supprimant les variations latitudinales de vitesse angulaire. Cette hypothèse pourrait être invalide près de l'axe de rotation. De plus, les ondes internes de gravité étant générées à la base des enveloppes convectives, le décalage Doppler qu'elles subissent en entrant dans la zone radiative dépend de la latitude. Elles sont ensuite filtrées dans la zone de transition entre les régions convective et radiative, présentant une forte rotation différentielle. Cette thèse est dédiée à l'implémentation dans un code d'évolution stellaire d'un traitement simplifié du transport du moment cinétique en 2D. Ce traitement est basé sur une méthode de déformation permettant de calculer la structure 2D de l'étoile, ainsi que les perturbations des différents champs induites par la rotation. Le transport du moment cinétique est ensuite traité en 2D, et permettra d'étudier plus en détail d'autres mécanismes de transport.

Sonochemistry ‒ the use of powerful ultrasounds for applications in chemistry ‒ is based on the physical and chemical effects of acoustic cavitation in liquids. This breakthrough technology is the subject of academic research, which has explored the new properties resulting from this process and the advantages for a green chemistry with applications in organic chemistry, catalysis, polymer chemistry, extraction and even environmental remediation. Demonstrating the innovativeness of sonochemical processes on a large scale would draw attention to the relatively untapped potential of sonochemistry in industry., La sonochimie, ou l’utilisation des ultrasons de puissance pour des applications en chimie, est fondée sur les effets physico-chimiques engendrés par la cavitation acoustique. Cette technolo­gie de rupture fait l’objet de recherches académiques qui ont démontré récemment de nouvelles efficacités et réactivités, ainsi que des apports en termes de chimie verte, dans différentes appli­cations en matière de chimie organique, de catalyse, de matériaux, de polymères, d’extraction ou encore de remédiation environnementale. La démonstration de procédés sonochimiques in­novants à grande échelle permettrait de montrer le potentiel, peut-être sous-exploité, de la sono­chimie pour l’industrie.

Nous développons une nouvelle technique de séparation des ondes internes de gravité (resp. des ondes inertielles) et tourbillons dans des écoulements turbulents stratifiés (resp. en rotation). Cette séparation est basée sur la relation de dispersion des ondes modifiée par l'advection d'un écoulement cisaillé (resp. du mode géostrophique) appelée effet sweeping. Différents régimes sont étudiés à bas nombre de Froude Fr (resp. nombre de Rossby Ro) mais avec un nombre de Reynolds de flottaison Reb (resp. nombre de Reynolds d'inertie ReI) variable. Nous observons que la répartition d'énergie entre les ondes et les tourbillons dépend fortement du nombre de Fr (resp. du nombre de Ro). Nous définissons l'équation d'évolution de l'énergie pour les ondes et tourbillons séparément. De manière générale, on observe un large transfert d'énergie des ondes vers les tourbillons. Dans le cas en rotation, on observe que c'est principalement les ondes qui alimentent le mode géostrophique. Quelques cascades inverses sont observées pour certains types de transferts. La dissipation et le mélange dûs aux ondes et tourbillons sont aussi calculés. Enfin, les vitesses des ondes et des tourbillons sont séparément visualisées dans des plans de coupe 2D., We propose a new separation technique of internal gravity waves (resp. inertial waves) and eddies in stratified (resp. rotating) turbulence. The separation is based on the dispersion relation of waves modified by the advection of a vertically sheared horizontal flow (resp. the geostrophic mode) called sweeping effect. Different regimes are studied with a low Froude number Fr<

Ces travaux se focalisent sur des configurations idéalisées représentatives d’écoulements géophysiques, comme les sillages d’onde orographique, le transport sédimentaire ou les avalanches granulaires. Dans tous les cas, les approches sont semblables quelque soit l’outil utilisé, expérimental ou numérique. En particulier, les objectifs sont systématiquement de mettre en avant les processus physiques qui contrôlent la dynamique des systèmes étudiés et de tenter de les caractériser par des modèles analytiques simples.

National audience; L'invisibilité et la transparence sont des notions associées à des objets fascinants de la littérature fantastique et l'imaginaire ; elles sont appréhendées à travers le prisme des ondes lumineuses-la lumière-dont elles adoptent le langage. Ces notions ne sont pas moins fascinantes dans le monde des ondes radioélectriques, acoustiques et mécaniques où l'invention des métamatériaux laisse entrevoir des applications en photonique et génie civil grâce aux dernières avancées scientifiques et techniques.

The fields of applications involving elastic waves propagating in slender structures are numerous. A slender structure can be considered as a waveguide, infinite in one or more directions (plates, bars, tubes ...). Guided waves have the particularity of propagating over long distances with little loss of energy, which can constitute an advantage or a disadvantage depending on the targeted application (non-destructive evaluation vs. reduction of vibrations, for example).One difficulty associated with guided waves is that they are multimodal and dispersive in nature. To determine the behavior of these waves, modeling tools are essential. My research works have been oriented towards the development of generic tools, capable of handling complex geometries. Such modeling tools requires numerical methods. They are based on finite element methods allowing the computation of modes in waveguides with a cross-section, or a unit cell, of arbitrary shape. The developments, theoretical or numerical, take into account various specificities: curvature of waveguides (helical or/and rotational symmetries), excitation, presence of inhomogeneities (local defects), leakage losses (buried waveguides), multi-wire geometry (cables). These five aspects are broken down into different sections that form the outline of the presentation. The overall objective is to take advantage of the modal formalism at every stage: for obtaining the dispersion curves (free response), for the calculation of solutions under excitation (forced response) or for the resolution of diffraction problems (interaction between waves and local inhomogeneities).Among the perspectives of this work, we can cite the development of imaging methods using sensitivity methods. The proposed modeling tools make it possible to exploit the power of modal formalism to quickly calculate solutions to a given excitation (direct and adjoint problems) as well as synthetic data., Les domaines d'applications impliquant des ondes élastiques se propageant dans des structures élancées sont nombreux. Une structure élancée peut être considérée comme un guide d'onde, infini dans une ou plusieurs directions (plaques, barres, tubes...). Les ondes guidées ont la particularité de se propager sur de longues distances avec peu de perte d'énergie, ce qui peut constituer un avantage ou bien un inconvénient suivant l'application visée (évaluation non-destructive vs. réduction des vibrations, par exemple). Une difficulté liée aux ondes guidées est qu'elles sont de nature multimodale et dispersive. Pour déterminer le comportement de ces ondes, des outils de modélisation sont indispensables. Mes travaux se sont orientés vers le développement d'outils généraux, capables de traiter des géométries de guides complexes, ce qui nécessite la mise en oeuvre de méthodes numériques. Les outils mis en place sont basés sur des méthodes d'éléments finis permettant le calcul des modes d'onde. Ils permettent d'étudier des guides ayant une section, ou une cellule unitaire, de forme arbitraire. Les développements, théoriques ou numériques, tiennent compte de diverses spécificités : courbure du guide (symétries hélicoïdales ou/et de rotation), excitation, présence d'inhomogénéités («défauts»), pertes par fuite (enfouissement), géométrie multi-brins (câbles). Ces cinq aspects sont déclinés tour à tour en différentes sections qui forment le plan de l'exposé. L'objectif global est de tirer parti du formalisme modal, que ce soit pour l'obtention des courbes de dispersion (réponses libres), le calcul de solutions sous excitation (réponses forcées) ou pour la résolution de problèmes de diffraction (interaction entre ondes et inhomogénéité locale). Parmi les perspectives envisagées de ces travaux, on peut citer le développement de méthodes d'imagerie par méthodes de sensibilité. Les outils de modélisation proposés permettent en effet d'exploiter la puissance du formalisme modale pour calculer rapidement des solutions à une excitation donnée (problèmes directs et adjoints) ainsi que des données synthétiques.

The fields of applications involving elastic waves propagating in slender structures are numerous. A slender structure can be considered as a waveguide, infinite in one or more directions (plates, bars, tubes ...). Guided waves have the particularity of propagating over long distances with little loss of energy, which can constitute an advantage or a disadvantage depending on the targeted application (non-destructive evaluation vs. reduction of vibrations, for example).One difficulty associated with guided waves is that they are multimodal and dispersive in nature. To determine the behavior of these waves, modeling tools are essential. My research works have been oriented towards the development of generic tools, capable of handling complex geometries. Such modeling tools requires numerical methods. They are based on finite element methods allowing the computation of modes in waveguides with a cross-section, or a unit cell, of arbitrary shape. The developments, theoretical or numerical, take into account various specificities: curvature of waveguides (helical or/and rotational symmetries), excitation, presence of inhomogeneities (local defects), leakage losses (buried waveguides), multi-wire geometry (cables). These five aspects are broken down into different sections that form the outline of the presentation. The overall objective is to take advantage of the modal formalism at every stage: for obtaining the dispersion curves (free response), for the calculation of solutions under excitation (forced response) or for the resolution of diffraction problems (interaction between waves and local inhomogeneities).Among the perspectives of this work, we can cite the development of imaging methods using sensitivity methods. The proposed modeling tools make it possible to exploit the power of modal formalism to quickly calculate solutions to a given excitation (direct and adjoint problems) as well as synthetic data.; Les domaines d'applications impliquant des ondes élastiques se propageant dans des structures élancées sont nombreux. Une structure élancée peut être considérée comme un guide d'onde, infini dans une ou plusieurs directions (plaques, barres, tubes...). Les ondes guidées ont la particularité de se propager sur de longues distances avec peu de perte d'énergie, ce qui peut constituer un avantage ou bien un inconvénient suivant l'application visée (évaluation non-destructive vs. réduction des vibrations, par exemple). Une difficulté liée aux ondes guidées est qu'elles sont de nature multimodale et dispersive. Pour déterminer le comportement de ces ondes, des outils de modélisation sont indispensables. Mes travaux se sont orientés vers le développement d'outils généraux, capables de traiter des géométries de guides complexes, ce qui nécessite la mise en oeuvre de méthodes numériques. Les outils mis en place sont basés sur des méthodes d'éléments finis permettant le calcul des modes d'onde. Ils permettent d'étudier des guides ayant une section, ou une cellule unitaire, de forme arbitraire. Les développements, théoriques ou numériques, tiennent compte de diverses spécificités : courbure du guide (symétries hélicoïdales ou/et de rotation), excitation, présence d'inhomogénéités («défauts»), pertes par fuite (enfouissement), géométrie multi-brins (câbles). Ces cinq aspects sont déclinés tour à tour en différentes sections qui forment le plan de l'exposé. L'objectif global est de tirer parti du formalisme modal, que ce soit pour l'obtention des courbes de dispersion (réponses libres), le calcul de solutions sous excitation (réponses forcées) ou pour la résolution de problèmes de diffraction (interaction entre ondes et inhomogénéité locale). Parmi les perspectives envisagées de ces travaux, on peut citer le développement de méthodes d'imagerie par méthodes de sensibilité. Les outils de modélisation proposés permettent en effet d'exploiter la puissance du formalisme modale pour calculer rapidement des solutions à une excitation donnée (problèmes directs et adjoints) ainsi que des données synthétiques.

Crystalline silicon has attracted substantial attention for decades because of its large applications in solar cells and microelectromechanical systems. The high brittleness of silicon raises wide concerns since the failure of this semiconductor material increases the manufacturing cost and decreases the efficiency of the utilization of Si-based devices. Crack propagation of crystalline silicon is the main cause of catastrophic failure of silicon components. It has been intensively studied but is not fully understood yet due to intricate dynamic fracture behavior linked to small-scale phenomena. Therefore, the development of feasible methods to study the dynamic fracture, as well as the deeper understanding of fracture mechanism of crystalline silicon, are of paramount importance to improve the reliability and durability of Si-based systems for both industrial and scientific practitioners. In this work, dynamic fracture behavior of solar-grade single crystalline silicon wafers under mechanical loads was studied. We carried out fracture experiments on (001) silicon wafers using three-line or four-line bending apparatus under quasi-static loading. The entire fracture process was captured using a high-speed camera and was analyzed by the high-speed imaging technique. We studied the post-mortem fracture surface using a digital microscope, a laser scanning profilometer, as well as an atomic force microscope. The failure source of the silicon wafer was identified using fractographic analysis. Coupling the crack velocity measurement and fractographic analysis, we determined the crack front during dynamic crack propagation, which exhibits a velocity-dependent shape. We revealed the source of (110)-(111) cleavage plane deflection phenomena during high-speeding crack propagation under line-contact effects. Besides, jointly with the finite element simulations, we demonstrated how dynamics of the crack front is governed by the crystallographic direction-dependent dynamic fracture toughness. Finally, in comparison with the Wallner lines on the fracture surface, generated by linear perturbations of elastic waves on the crack front, we highlight the nucleation and strong nonlinear characteristics of out-of-plane corrugation waves, leaving specific markings that alter the surface roughness of asperity-free material., La résistance mécanique du silicium cristallin a fait l’objet de plusieurs études notamment à l’état mono-cristallin c’est-à-dire à l’état quasiment pur et pour une microstructure modèle, et aussi pour ses nombreuses applications dans les systèmes photovoltaïques et les semi-conducteurs. Étant donné que la défaillance de ce matériau semi-conducteur augmente le coût de fabrication et diminue l’efficacité et le rendement des dispositifs en silicium, la durabilité de ce matériau est l’un des éléments clé. La propagation de fissures dans le silicium mono-cristallin est l’un des modes de ruine de ces composants. Ce sujet a été étudié durant des nombreuses années, cependant il n’est pas encore complètement compris en raison de la complexité du comportement de la rupture dynamique liée aux phénomènes à petite échelle. Par conséquent, la compréhension des mécanismes de rupture du silicium cristallin comme matériau modèle reste un sujet d’actualité, avec pour objectif in fine d’améliorer la fiabilité et la durabilité des systèmes à base de silicium. Dans ce travail, le comportement à la rupture dynamique de plaques minces (ndlr wafers) de silicium monocristallin de qualité solaire soumis à des charges écaniques a été étudié. Nous avons effectué les essais de rupture sur des tranches minces de silicium (001) en utilisant un appareil de flexion quatre lignes sous chargement quasi-statique. Le processus de rupture de wafers de silicium a été capturé à l’aide d’une caméra rapide puis étudié par analyse d’images. Nous avons étudié la surface de rupture post-mortem via un microscope numérique, un profilomètre à balayage laser ainsi qu’un microscope à force atomique. La source de défaillance de la tranche de silicium a été identifiée par analyse fractographique. En couplant la mesure de vitesse de fissure et l’analyse fractographique, nous déterminons le front de fissure pendant la propagation dynamique de la fissure, ce qui donne une forme qui dépend de la vitesse de propagation de la fissure. Nous révélons ainsi la source des phénomènes de déflexion du plan de clivage (110) - (111) lors de la propagation de fissures à grande vitesse sous l’effet d’un changement multiaxial lors du passage sous les rouleaux. En outre, conjointement avec les simulations par éléments finis, nous avons montré comment la dynamique du front de fissure est contrôlée par la ténacité dynamique qui dépend de l’orientation cristallographique. Enfin, par l’observation des lignes de Wallner sur la surface de fracture - marques qui sont générées par des perturbations linéaires des ondes élastiques au niveau du front de fissure, nous mettons en évidence la nucléation et les caractéristiques non linéaires de ces traces appelées ’front waves’ visibles sur les faciès de rupture des matériaux mono-cristallins lorsque la vitesse de propagation de la fissure se rapproche de la vitesse de Rayleigh.