Manipulation d'ondes ultrasonores en milieux complexes : filtrage, guidage et focalisation

This manuscript is devoted to answer the following question: how can the complexity of a medium be exploited for controlling the propagation of acoustic waves? The first part of the thesis is aimed at comparing the performances of a recent focusing technique (wave front shaping focusing) to these of time reversal focusing through multiple scattering media. It is highlighted that optimizing the amplitude and phase of acoustic waves using energy measurements at the focal point is sufficient to realize a spatial matched filter. In a second part, the transverse localization regime is exploited to guide a wave while its temporal dispersion is mitigated. We show that an ultrasonic beam propagating along an array of scattering rods, the latter being randomly distributed in the transverse plane, remains confined into a cylinder whose diameter is smaller than of the sample. The last part is devoted to the realization and the characterization of controlled arrangements of air bubbles in fluid or solid matrix. It is shown that the properties of these media can be explained by both the concept of metamaterials and the concept of phononic crystals. These new materials are designed to obtain band gaps due to both bubbles resonances ("hybridization gap") and ordered distribution ("Bragg gap"). Beyond possible applications such as acoustic filters, these materials are of interest to clarify the role of resonance hybridizations and lattice effects in the properties of locally resonant crystals.Cette thèse s'articule autour de la question suivante : comment la complexité d‟un milieu peut elle être exploitée pour contrôler la propagation d‟ondes ultrasonores ? Dans une première partie, les performances d‟une nouvelle technique de focalisation (focalisation par contrôle de front d‟ondes) sont comparées expérimentalement et théoriquement à celles de la focalisation par retournement temporel dans des milieux multidiffuseurs. Il est alors mis en évidence qu‟à condition d‟optimiser à la fois la phase et l‟amplitude de l‟onde nous pouvons réaliser parfaitement un filtre adapté avec une simple mesure de l‟énergie au point focal. Dans une seconde partie, le régime de localisation transverse est exploité pour guider une onde tout en limitant sa dispersion temporelle. Le long d‟une collection de diffuseurs cylindriques distribués aléatoirement dans le plan transverse, un faisceau ultrasonore est confiné sur un diamètre inférieur au diamètre de l‟échantillon. La dernière partie est consacrée à la conception et à l‟étude de la propagation ultrasonore dans des milieux contrôlés constitués de bulles d‟air. Il est montré que les propriétés de ces milieux empruntent à la fois aux métamatériaux et aux cristaux phononiques. Ces nouveaux matériaux sont conçus de manière à obtenir des bandes interdites qui exploitent à la fois les résonances des bulles (" gap d‟hybridation ") et leur répartition périodique (" gap de Bragg "). Au-delà de leurs applications possibles au filtrage acoustique, ces résultats sont intéressants pour clarifier les rôles respectifs de l‟hybridation des résonances et des effets de réseau dans les propriétés des matériaux contenant des diffuseurs résonants