LE PUITS À RETOURNEMENT TEMPOREL DANS LE DOMAINE AUDIBLE : UN OUTIL DE FOCALISATION ET D'IMAGERIE À HAUTE RÉSOLUTION DE SOURCES SONORES ET VIBRATOIRES

Developing new high resolution focusing and imaging techniques for audible vibrational and acoustic sources is an important problem to solve in acoustics. Methods of this kind are notably useful to locally excite and analyse complex vibroacoustic structures with high resolution capabilities, which is particularly important when the size of the studied objects is smaller than the wavelength. The desired technique should be fast, accurate, flexible, and non-invasive. This technique must be used to study both vibrational and acoustic sources. This work shows the development of such a technique, based on the time reversal sink, which has been sofar only implemented for ultrasonic and electromagnetic waves focusing (not for imaging). The time reversal sink method is extended to hyper-resolution focusing for low frequency acoustic sources. This method provides a way to excite locally a structure with high intensity and high resolution capabilities, even at low frequency. However, we show that this method is difficult to implement in real world cases becauses it is an invasive focusing technique. Nevertheless, we present in this manuscript a new imaging technique of vibrational and acoustic sources, based on the time reversal sink. This is a new non-invasive technique, with high resolution capabilities. This technique uses the same array measurement techniques than beamforming and near-field acoustic holography, and provides an elegant and powerful way to obtain high resolution images of vibrational and acoustic sources at low frequency. This new method is extensively described and analysed, and applied to impact sources on a clamped plate, acoustic sources in a free field configuration and underwater acoustic sources in a deep water channel. This method has also been applied to the imaging of acoustic sources on a classical guitar. The results presented show high resolution, fast and reliable capabilities of this new powerfull imaging technique, that shows similar capabilities than those of nearfield acoustic holography and better results than those of beamforming and time reversal backpropagation at low frequency.Le développement de techniques de focalisation et d'imagerie à haute résolution pour les sources acoustiques et vibratoires à basse fréquence est l'un des enjeux de la recherche actuelle en acoustique, notamment pour exciter localement et analyser des structures vibroacoustiques complexes tout en conservant des propriétés de haute résolution. Ces propriétés sont nécessaires lorsque la taille des objets étudiés est plus petite que la longueur d'onde mise en jeu. Nous désirons une méthode flexible, rapide, précise, non invasive, et unifiée d'excitation et d'analyse. Celle-ci doit être applicable tant dans le domaine des vibrations dans les structures que dans le domaine des ondes acoustiques tridimensionnelles. Pour cela, nous nous basons sur la technique du puits à retournement temporel, qui n'a, à ce jour, été mise en oeuvre que pour la focalisation d'ondes de Lamb dans une cavité ergodique ou avec des ondes électromagnétiques. Aucune technique d'imagerie n'a, avant cette thèse, été dérivée du puits à retournement temporel. La méthode du puits à retournement temporel est adaptée pour la focalisation à basse fréquence. Elle permet d'exciter localement une structure avec une grande intensité, et possède des capacités de super-résolution. Malgré tout, nous démontrons que cette méthode est difficilement applicable en situation pratique, puisqu'elle fait perdre le caractère non invasif nécessaire à la plupart des applications. En revanche, nous présentons dans ce manuscrit une technique nouvelle d'imagerie de sources vibratoires et acoustiques, basée sur le puits à retournement temporel. Cette technique non invasive d'imagerie, utilisant des dispositifs de mesure similaires aux techniques de formations de voies ou d'holographie en champ proche, permet d'obtenir une image des sources vibratoires ou acoustiques à très haute résolution de manière rapide. L'approche de cette nouvelle méthode d'imagerie est décrite. Des applications à l'imagerie de sources d'impact sur une plaque encastrée, ainsi qu'à l'imagerie de sources acoustiques en champ libre et en milieu sous-marin profond sont proposées. Une application à l'imagerie de sources acoustiques à basse fréquence sur une guitare est développée. Ces résultats représentent les premières applications de l'imagerie par puits à retournement temporel numérique. Les limites, la théorie, et la mise en oeuvre de cette technique d'imagerie à haute résolution sont étudiées et détaillées. Il est démontré que cet outil possède des performances et des limites similaires à l'holographie en champ proche, tout en dépassant les capacités à basse fréquence des techniques classiques de localisation limitées en résolution couramment utilisées, comme le beamforming ou le retournement temporel