Influnes de quelques paramètres acoustiques basses fréquences sur le signal transmis dans un materiau poreux

Client

Informations

• Publié par: Asmahane2016
• Publié le: 10 novembre 2016
• Nombre de lectures: 3
• Langue: Français

Extrait

Bessal Ismahéne

Option : Traitement de Signal

Promoteur

Présenté pour l’obtention de Licence Académique

Sujet :

Et

Soutenu le 17/06/2012 devant le jury composé de :

CENTRE UNIVERSITAIRE DE KHEMIS MILIANA,

CUKM

 CUKM

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Mr Bentridi Salaheddin

 CUKM

CUKMMr.Boussaha Aek

Mr Diaf Mohamed

Mr. M.Sadouki

INSTITUT DES SCIENCES ET TECHNIQUES

MEMOIRE

N° d’ordre :……………………CUKM/IST/ST/TS

En : Génie Electrique

Par :

 Examinateur

Examinateur

Président

Hachmaoui Fadhila

Remerciements

 Nous remercions notre dieu qui nous à donner la force et le courage de pouvoir terminer notre études et d’arriver à ce niveau.  Nous tenons à remercie tous ceux qui ont contribuées à la réalisation de ce travail.  Nous exprimons nos vifs remerciements, notre profonde gratitude à notre encadrant monsieur : SADOUKI MUSTAPHA, qui a dirigé ce mémoire dans la continuité de notre licence. La pleine confiance dés le début et qui nous à orienteras à la recherche des documentations.  Nous adressons, pareillement, nos remerciements à nos enseignants et à tous nos collègues de la promo TS 2012.

Dédicaces

Je dédie ce mémoire de fin d’études

A Mon très cher père et ma très chère mère en témoignage de ma reconnaissance envers le soutien, les sacrifies et tous les efforts qu’ils ont fait pour mon éducation ainsi que ma formation

A Mes cher frères, et mes chères s°urs pour leur affection, compréhension et patience

A tous ceux qui ont une relation de proche ou de loin avec la réalisation du présent mémoire.

Table des matières

Introduction générale ………………………………………………………………… Chapitre1 Description d’un milieu poreux I-Introduction ……………………………………………………………………… I.1 paramètres décrivant le milieu poreux …………………………………………. 1. Porosité …………………………………………………………………….. 2. Tortuosité ………………………………………………………………… 3. Résistivité au passage du fluide …………………………………………… 4. Perméabilité visqueuse k 0 ……………………………………………….. 5. Perméabilité thermique k’ 0 ………………………………………………. 6. Longueur caractéristique visqueuseΛ ………………………………….. 7. Longueur caractéristique thermiqueΛ’ …………………………………… 8. Les effets viscothermiques ……………………………………………….. I.2 Modélisation des effets inertiels et visqueux …………………………………… 1. Modèle de Johnson ……………………………………………………… 2. Modèle de Pride et al ……………………………………………………. I.3 Modélisation des phénomènes thermiques …………………………………….. 1. Modèle de Champ-poux et Allard, modèle de Lafarge …………………. I.4 Fonction de dissipation ……………………………………………………….. I.5 Conclusion …………………………………………………………………….. Chapitre 2 Milieux poreux saturé d’air dans le régime de basses fréquences I-Introduction ……………………………………………………………………… II- Structure rigide d’un matériau poreux ………………………………………… III- Rappels sur le modèle du fluide équivalent à très basses fréquences …………. 1. Problème direct …………………………………………………………. IV-Conclusion …………………………………………………………………….. Chapitre 3 Influence de quelques paramètres acoustiques sur le signal transmis à basses fréquences I- Introduction ………………………………………………………………………. II-Influence des paramètres dans un milieu poreux saturé par un gaz en basses

fréquences ………………………………………………………………………… II.1Mesur en transmission : matériau saturé d’un gaz…………………………….. 1 Influence de la porosité …………………………………………………. 2 influence de la résistivité du passage de l’air …………………………… 3 Influence de la tortuosité ……………………………………………….. 4 Influence de la tortuosité thermique …………………………………….. 5 Influence de la perméabilité visqueuse et thermique …………………… III-Conclusion ……………………………………………………………………..

Conclusion générale ………………………………………………………………. Bibliographie ………………………………………………………………………

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Introduction générale

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Introduction générale :

Introduction générale

 L’étude de propagation des ondes mécaniques dans les milieux poreux saturés s’est développée avec la recherche des ressources naturelles comme l’eau ou le pétrole. Les besoins en génie civil pour le contrôle et le suivi du vieillissement des ouvrages d’art en béton, des revêtements des chausses ont eux aussi incité les chercheurs à développer des outils théoriques et expérimentaux destinés à ces fins. Parallèlement et plus récemment grâce aux progrès de l’informatique et de l’électronique, l’imagerie médicale par ultrasons a fait des grande progrès et commencer à concurrencer des procédés plus classiques comme les rayons X. Enfin, on ne peut pas ne pas citer les incitations à améliore les modèles de propagation des ondes acoustiques dans les laines de verre; les laines minérales, les feutres et les mousses plastiques de la part des constructeurs de l’aviation, de l’industrie automobile ou ferroviaire. Dans ces domaines, les exigences de confort acoustique des clients sont en effet incontournables.

 Pour des raisons évidentes de simplicité, les modèles qui ont été développés durant la ௘௠௘ seconde moitié du 20 l’ont été pour des milieux homogènes. Si des modèles, siècle comme celui de Dalanay et Baziey sont encore utilisés dans des études de propagation des ondes acoustiques en extérieure (à longue distance), deux modèles se sont imposés aux chercheurs : le modèle de Biot et le modèle du fluide équivalente qu’on peut présenter comme un modèle de Biot simplifié. La théorie de Biot de la propagation des ondes mécaniques dans les milieux poreux saturés s’est définitivement imposée lorsque l’onde lente prédite par le modèle a été mise en évidence par Plona et coll. Ce modèle décrit les déplacements du fluide de la structure (considérée comme étant élastique) lors du passage d’une perturbation mécanique. Il prend en compte trois effets de couplages entre fluide et structure, la théorie de Biot est le modèle le plus général pour décrire la propagation linéaire des ondes acoustiques dans les milieux poreux saturés.

 Le modèle de fluide équivalent décrit essentiellement l’acoustique des milieux poreux saturés par un gaz, où les effets visqueux et thermiques constituent les principaux couplages entre fluide et structure solide (considérés comme étant rigide, c'est à dire immobile lors du passage d’une onde).

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Introduction générale  Actuellement il existe peu d’étude portant sur la propagation acoustique dans les milieux poreux saturés inhomogènes. L’introduction des inhomogénéités dans le modèle de Biot est relativement récente. Les causes de ce retard sont multiples : d’une part les inhomogénéités viennent compliquer un modèle qui fait intervenir déjà un nombre important de paramètres (masse volumiques, coefficient d’élasticité, géométrie du réseau des pores…) et d’autres part, les études expérimentales sur des échantillons réels sont difficiles à réaliser. Pourtant, si on souhaite investiguer des milieux poreux comme l’os trabéculaire à l’aide d’ultrason est essentiel de tenir compte des inhomogénéités dans ce type de milieux : épaisseur des trabécules, taille des pores, variations de la masse volumique des fluides saturants…

 Le travail présenté dans ce document propose quelques pistes et méthodes pour aborder certains des problèmes qui se posent dans ce contexte. Le document est organisé comme suit.

௘௥௘ Dans le 1  chapitre, on présente les milieux poreux et les paramètres physiques qui sont nécessaire pour décrire la propagation des ondes acoustiques.

Le chapitre 2 est consacré à un rappel sur le modèle du fluide équivalent à basses et très basses fréquences.

Le chapitre 3 est constitué d’une étude théorique et d’une modélisation numérique pour mettre en évidence la sensibilité de quelques paramètres physiques en basses fréquences sur le coefficient de transmission de l’onde acoustique. Les simulations numériques sont faites à partir de donnés physiques proches de celles concernant des mousses en plastiques.

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Chapitre 1 Description d’un milieu poreux

I-Introduction

Description d’un milieu poreux

 Les milieux poreux naturels ont fait l’objet d’études très approfondies par les géophysiciens, notamment pour la recherche pétrolière. La connaissance de leurs propriétés acoustiques est un atout majeur tant pour l’étude de la propagation d’une onde sonore que pour la description des éléments constituant la couche poreuse elle même. La grande complexité de ces milieux tient au fait qu’ils sont constitués de plusieurs phases, solides, liquides ou gazeuses imbriqués les unes dans les autres.

 Les matériaux poreux artificiels, tels que les céramiques, les mousses en plastiques… etc. sont couramment utilisés comme absorbant acoustiques pour le traitement des locaux bruyants. On s’intéresse tout particulièrement à leurs propriétés de réflexion et de transmission des ondes sonores. Avant de décrire la propagation de ces ondes dans les milieux poreux, nous nous proposons de présenter les grandeurs caractéristiques qui en font la complexité.

 Un matériau ou une structure peut être qualifié de milieu poreux s’il contient des espaces vides appelles pores ou vides, noyés dans la matrice solide. Les matériaux poreux peuvent être représentés par un squelette solide saturé d’un fluide. Ils sont donc le mélange de deux phases :

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-

une phase solide : constitue soit de fibres telles que les laines de verre ou de roche, soit d'une matrice telle que les mousses plastiques. une phase fluide : liquide, gaz (particulièrement l’air).

Ce sont les vides au sein du corps poreux qui induisent les grandes différences de comportements physiques que l’on observe entre les solides compacts et les milieux poreux .Ces deux phases interconnectées créent ainsi un ensemble très complexe pour lequel une description mathématique exacte à l’échelle microscopique est pratiquement impossible à réaliser.

Nous nous attacherons donc à décrire un milieu poreux à l’échelle microscopique, à l’aide de grandeurs définies statistiquement comment en particulier :

- la porosité, représentant le volume relatif des espaces occupés par le fluide,

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Description d’un milieu poreux - la perméabilité, représentant la capacité du matériau à permettre la circulation du fluide d’une face à l’autre de celui-ci.

I.1 Paramètres décrivant le milieu poreux

Il existe plusieurs paramètres géométriques que l’on peut associer à une structure poreuse.

I.1.1 Porosité

 Par définition, la porosité∅matériau poreux est le rapport du volume occupé par le d’un fluideܸݒ (supposé saturer les espaces vides du squelette) au volume total occupé par le matériauܸݐ .

୚୴ Φ =  (1.1) ୚୲

Le volume du squelette est donné par :ܸݏ = ݒܸ−ݐܸ .

Ainsi, la porositéΦdéterminée par la connaissance de deux des trois paramètres est volumiques :ܸݒ , ܸݏ , ܸݐ .

Il existe trois types de porosité. Lorsque tous les pores sont en contact avec l’extérieur, la porosité est dite ouverte ou connectée. Lorsque le volume du fluide est clos par le squelette, la porosité est dite occluse. On a aussi la porosité piégée qui mesure les espaces semi-fermée où un fluide mouillant ne peut pas pénétrer aisément. Les matériaux acoustiques sont principalement à structure à porosité ouverte pour un échange fluide-structure. Pour un poreux homogène la porosité apparait donc à l’échelle macroscopique comme un paramètre intrinsèque. C’est une grandeur sans dimensions pouvant varier de 0 (matériau solide non poreux) à 1 (fluide libre) plusieurs méthodes ont été développées pour mesurer la porosité[7,25,18,11,14,16].

I.1.2 Tortuosité

La tortuosité[19, 6, 17] est un paramètre important pour décrire les effets inertiels qui se produisent entre les parties fluide et solide d’un matériau poreux. L’inclinaison et les variations de section des pores obligent le fluide à suivre un chemin non rectiligne. Ainsi, la

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