Laboratoire de Caractérisation Non Destructive Laboratoire d’Instrumentation et d’Essais Technologiques

LMA – CNRS, Université de la Méditerranée CEA CADARACHE www.lcnd.fr www.cea.fr

Contact : jean-philippe.jeannot@cea.fr 0442253710 et joseph.moysan@univmed.fr 0442939052

Simulation numérique de la propagation ultrasonore dans un milieu inhomogène variant dans le temps.

Contact : Jean Philippe Jeannot (CEA) et Joseph Moysan (LCND-LMA) Contexte : Thermométrie ultrasonore dans le cœur du réacteur de type SFR Le développement de la filière des réacteurs nucléaires de quatrième génération refroidis au sodium liquide (SFR) conduit à développer des techniques ultrasonores innovantes afin de proposer une instrumentation non invasive adaptée au milieu des réacteurs refroidis par sodium liquide. Parmi ces méthodes l’emploi de capteurs ultrasonores est étudié comme une solution de substitution vis-à-vis des thermocouples existants. Objectif La mesure de température par ultrasons repose sur une mesure d’un temps de vol (écho sur un réflecteur). La difficulté de l’étude proposée réside dans la description du milieu de propagation des ondes. Des études numériques existent au CEA pour prévoir ce milieu hétérogène en température et en débit qui résulte des écoulements du sodium liquide en sortie des assemblages de combustibles. La présence de ces écoulements turbulents et la nécessité d’obtenir des mesures à une grande distance rendent la problématique de la mesure d’un temps de vol très complexe avec un milieu qui évolue sur la trajectoire de l’onde (cas extrême envisagé). Le sujet de stage consiste à simuler ce milieu dans un code élasto-dynamique de type éléments finis SPECFEM puis de simuler la propagation d’une onde et la formation d’un écho sur une géométrie simple à définir. A partir des données existantes, un compromis sera à trouver en fonction des échelles de description et de résolution des phénomènes multi-physiques étudiés. Compétences requises : Calcul numérique, Acoustique Physique, programmation sous Fortran Profil recherché : Master Recherche, Master ou Ingénieur – Mécanique, Sciences pour l’Ingénieur, Acoustique, Mathématiques Appliquées Durée du stage : 4 à 6 mois Lieu du stage : CEN Cadarache, St Paul lez Durance, avec déplacements à Aix en Provence au LCND Rémunération : oui selon barème stages CEA Possibilité d’hébergement : résidence étudiants du CEA Cadarache (sous conditions de places disponibles) Poursuite en thèse : sur d’autres sujets connexes au CEA ou au LCND

UNIVERSITES D'AIX-MARSEILLE, ECOLE CENTRALE MARSEILLE

ECOLE DOCTORALE « SCIENCES POUR L'INGENIEUR: MECANIQUE, PHYSIQUE, MICRO ET NANOELECTRONIQUE»

MASTER « MECANIQUE, PHYSIQUE ET INGENIERIE »Spécialité « ACOUSTIQUE »Année universitaire 2011-2012

PROPOSITION DE PROJET DE STAGE

Nom du proposant: Kergomard Jean

Tel : 04 91 16 43 81 Adresse électronique : kergomard@lma.cnrs-mrs.fr

Equipe, laboratoire ou entreprise: LMA

Adresse: 31 Chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille Cedex 20

Titre du projet: Influence de l’état de surface et des déformations sur le son des instruments de musique en métal

L’influence de la nature du matériau est un vieux sujet de polémiques à propos des instruments à vent. Dans le cadre du projet ANR CAGIMA (Conception acoustique globale des instruments de musique à anche), en collaboration avec Buffet-Crampon, nous voulons étudier si le processus de fabrication ou l’usage peuvent influencer le son. On s’intéressera d’abord à l’état de surface qu’il faudra caractériser, et à son influence sur les pertes visco-thermiques dans les couches limites près des parois. Ensuite on essaiera de déterminer l’importance ou en tout cas l’ordre de grandeur des variations de section dues aux déformations ou à la fabrication, et leurs conséquences sur le son. Les deux aspects nécessitent des investigations théoriques et expérimentales, même si l’aspect théorique du 2e

aspect est plus simple. Les méthodes expérimentales sont principalement l’impédance-métrie et les mesures à la bouche artificielle. Le travail portera principalement sur la trompette, mais aussi, pour l’état de surface, sur la clarinette.

Lieu du stage : quelques jours à Mantes, et l’essentiel à Marseille (des détails peuvent être donnés sur le contenu précis du stage)

Type de travail : Expérimental et théorique (physique, acquisition et traitement du signal)

Compétences requises : connaissances de base en physique et acoustique, si possible jeu même débutant d’un instrument à vent

Bibliographie : Benade, A.H., Fundamentals of musical acoustics, Oxford, 1976Chaigne, A. et Kergomard, J., Acoustique des instruments de musique, Belin, 2008

Possibilité de poursuite en thèse : il n’y a pas pour l’instant de poursuite en thèse sur ce sujet précis, mais d’autres sujets sur les instruments à anche sont proposés.

Laboratoire de Caractérisation Non Destructive Laboratoire LEGEND

LMA – CNRS, Université de la Méditerranée CEA CADARACHE www.lcnd.fr www.cea.fr

Contact : Brigitte Lacroix brigitte.lacroix@cea.fr 0442253544 gilles.corneloup@univmed.fr 0442939034

Etude de la faisabilité d’une discrimination non destructive contact / non contact entre les éléments constitutifs d’un crayon combustible de type REP

Contact : Brigitte Lacroix et Olivier Provitina (CEA), Gilles Corneloup et Cécile Gueudré (LCND-LMA)

Le Laboratoire d’Extraction des Gaz et Examens Non Destructifs (LEGEND) du CEA est en charge de la caractérisation des éléments combustibles irradiés. Ses missions concernent la métrologie, le contrôle de santé et la caractérisation de la répartition des produits de fission dans le combustible. Différentes méthodes destructives et non destructives sont actuellement utilisées : examens métallographiques, examens de microstructure (méthodes destructives), examens visuels, métrologiques, courants de Foucault, spectrométrie gamma et radioscopie X (méthodes non destructives). ….. Le Laboratoire de Caractérisation Non Destructive (LCND) de l'Université de la Méditerranée a une expertise reconnue dans le domaine des évaluations non destructives, en prenant en compte l’intégralité du problème posé, notamment les caractéristiques réalistes de la structure et/ou du matériau sondés, avant de choisir la méthode la mieux adaptée.

Objectif

Les crayons REP (tubes contenant le combustible) présentent, après différents cycles du réacteur, un certain nombre de modifications des propriétés nominales, notamment géométriques. Des jeux apparaissent, ouverts, fermés et/ou intermédiaires entre les pastilles de combustible et la gaine métallique. L’enjeu complet concerne la discrimination non destructive contact / non contact entre les matériaux internes du crayon. Les matériaux concernés étant nucléaires, le contrôle non destructif doit être réalisé dans des conditions de type « cellule fermée » par bras télémanipulé. La réponse à cet enjeu complexe sera étudiée en 2 temps : pendant un stage de master, puis pendant un travail de doctorat. L’objectif du stage de master consistera essentiellement à étudier la façon de simuler le problème posé, pour proposer une maquette réaliste. Une partie bibliographique, ainsi qu’un travail avec les experts du laboratoire LEGEND, permettra d’identifier les caractéristiques essentielles des matériaux et de leur interface. Parallèlement, la même approche sera réalisée avec les experts du laboratoire LCND afin de déterminer les attentes et possibilités en termes d’interrogation non destructive : ultrasons, radiographie, courants de Foucault, complémentarité (fusion) des données. Un démonstrateur (maquette) à l’échelle 1 sera réalisé et une caractérisation non destructive associée sera étudiée. Compétences requises : Matériaux, Acoustique, Mécanique Profil recherché : Master Recherche, Master ou Ingénieur – Mécanique, Sciences pour l’Ingénieur, Acoustique Durée du stage : 4 à 6 mois (mi-temps CEA, mi-temps LCND) Lieu du stage : CEN Cadarache, St Paul lez Durance et LCND, Aix en Provence Rémunération : oui selon barème stages CEA Possibilité d’hébergement : résidence étudiants du CEA Cadarache (sous conditions de places disponibles) Poursuite en thèse : oui, financement CEA acquis

Laboratoire de Caractérisation Non Destructive Saint-Gobain Recherche (SGR)

LMA – CNRS, Université de la Méditerranée Aubervilliers www.lcnd.fr www.saint-gobain-recherche.com

Contact: vincent.garnier@univmed.fr 0442939037 guillaume.counil@saint-gobain.com 0148395968

Caractérisation par acoustique non linéaire des matériaux de construction.

Contact : Vincent Garnier et Jean-François Chaix (LCND-LMA), Guillaume Counil (SGR)

Saint-Gobain, leader mondial de l'habitat, conçoit, produit et distribue des matériaux de construction en apportant des solutions innovantes sur les marchés en croissance des pays émergents, de l'efficacité énergétique et de l'environnement. Innovations et recherche constituent des supports essentiels à la stratégie de l'habitat et représentent un élément majeur de la compétitivité du groupe Saint-Gobain. Pour développer des matériaux de plus en plus performants il est nécessaire d’avoir une connaissance fine de leur structure et de corréler celle-ci aux propriétés physiques et aux caractéristiques mécaniques mesurées. Les techniques ultrasonores développées au sein du Laboratoire de Caractérisation Non Destructive (LCND) permettent une caractérisation non destructive des matériaux poreux. La caractérisation de porosités dans les plâtres (échelle millimétrique) par des modèles d’homogénéisation de la propagation de l’onde cohérente [1] a déjà été développée dans une précédente étude. L’échelle de la microstructure étudiée peut être plus affinée en améliorant cette méthode et appliquant des techniques de mesure de l’acoustique non linéaire. Ces dernières déjà développées au LCND dans des matériaux granulaires ont montré notamment tout le potentiel des méthodes de résonance par ultrasons [2]. Le stage consistera à développer et à valider par l’expérience ces analyses ultrasonores dans le cas des matériaux à base de gypse développés au sein du centre de recherche. Le stage sera déroulera principalement au sein du Laboratoire de Caractérisation Non Destructive (LCND) basé à Aix en Provence, en collaboration étroite avec les équipes de Saint-Gobain Recherche. Références [1] Chaix J-F., Garnier V., Corneloup G., Ultrasonic wave propagation in heterogeneous solid media: theoretical analysis and experimental validation, Ultrasonics 44, 200-210 (2006) [2] Payan, C., Garnier, V., Moysan, J. & Johnson, P. A.. Applying nonlinear resonant ultrasound spectroscopy to improving thermal damage assessment in concrete. The Journal of the Acoustical Society of America, 121(4), EL125-130, 2007 Compétences requises : connaissance de la propagation des ultrasons dans les solides est souhaitée. Les développements informatiques se feront essentiellement à partir de Matlab. Profil recherché : Master Recherche, Master ou Ingénieur Durée du stage : 6 mois Lieu du stage : stage sera réalisé au LCND Rémunération : environ 1100 € net mensuel Possibilité d’hébergement : Poursuite en thèse : sur d’autres sujets connexes au LCND

Proposition de stage MASTER

Titre : Etude d’un nouveau système non linéaire de réduction du bruit :Analyse de la dynamique sous forçage périodique et quasi-périodique.

Responsables : S. Bellizzi (04 91 16 42 38, bellizzi@lma.cnrs-mrs.fr)R. Cote (04 13 55 15 06, cote@lma.cnrs-mrs.fr)

Lieu : LMA CNRS, 31, chemin J. Aiguier, 13402 Marseille Cedex 20

Mots clés : Acoustique, Vibrations, Dynamique Non Linéaire, Simulation Numérique.

Avec l’augmentation des nuisances sonores (transports, machines, sonorisations...) et l’élévationdes exigences de confort et de santé, la réduction du bruit reste encore aujourd’hui un enjeu majeur.Cette problématique est à rapprocher de la réduction des vibrations pour assurer par exemplel’intégrité des structures sous sollicitations d’origines humaine (moteurs) ou naturelles (séismes).Si de nombreuses solutions existent pour réduire le bruit aux hautes fréquences, en revanche auxfréquences basses les solutions sont très insu!santes.

Parmi ces solutions, les Absorbeurs Dynamiques Accordés (ADAs) constituent un des meilleurscompromis. Un ADA est un oscillateur linéaire de type masse-ressort-amortisseur fixé au systèmeà protéger. L’ADA est accordé sur la fréquence des vibrations à éliminer. Parce qu’il repose sur leconcept d’anti-résonance, ce système simple et robuste n’est malheureusement e!cace que dans unebande de fréquence très étroite. Les ADAs sont utilisés dans de nombreux domaines : génie civil,automobile, machines tournantes. En acoustique, ils correspondent aux résonateurs de Helmholtz.

De nombreuses stratégies non linéaires ont été proposées pour améliorer les performances desADAs. Une des plus récentes concerne l’utilisation d’un oscillateur purement non linéaire commeabsorbeur de vibrations. Un oscillateur purement non linéaire est constitué d’une masse, d’unressort avec force de rappel purement non linéaire et d’un terme de dissipation. Il est fixé ausystème à protéger et permet un transfert de l’énergie du système à protéger vers l’oscillateurpurement non linéaire (appelé aussi NES pour Nonlinear Energy Sink). Ce transfert d’énergie estrendu possible grâce aux comportements non linéaires introduits par le NES.

Au laboratoire, nous travaillons actuellement sur un nouveau type d’absorbeurs NES pour laréduction du bruit capable de repousser significativement les limites actuelles en basse fréquence.Un premier brevet a été déposé, et ce stage devrait nous permettre d’explorer et de mieux com-prendre les nouvelles possibilités du concept.

Cependant l’utilisation de systèmes non linéaires nécessite de connaitre, comprendre et demaîtriser l’ensemble des comportements induits par la présence de la non-linéarité du NES. Denombreux travaux ont été menés dans le cadre de sollicitations périodiques. L’objectif de ce stageest d’examiner les di"érents régimes de réponses d’un système à protéger constitué d’au-moinsdeux degrés de liberté et muni d’un seul NES quand il est soumis à une excitation quasi-périodiquec’est-à-dire constituée d’une somme de sinusoïdes avec fréquences incommensurables.

Le stage comportera les étapes suivantes :– étude bibliographie ;– choix du modèle en relation avec les expérimentations en cours au laboratoire ;– analyse par simulation temporelle des réponses ;– analyse par mise en oeuvre d’une méthode d’équilibrage harmonique généralisée ;– validation et éventuellement confrontation avec des résultats expérimentaux.

Pré-requis : Base en acoustique, vibrations et outils numériques. Le stage permettra d’acquérirde solides compétences en dynamique non linéaire.Langage : MATLAB.Remarque : Stage pouvant se prolonger par une thèse.

Laboratoire de Caractérisation Non Destructive Groupe de Recherche en Auscultation et Instrumentation

LMA – CNRS, Université de la Méditerranée Chaire CRSNG, Université de Sherbrooke www.lcnd.fr http://www.civil.usherbrooke.ca/grai/

Contact : jean-francois.chaix@univmed.fr Tél. : 04 42 93 90 55 ou 38

Caractérisation ultrasonore d’endommagement de bétons par ondes de surface Acoustique linéaire et non linéaire

Contact : Jean-François Chaix, Vincent Garnier (LCND-LMA), Patrice Rivard (GRAI Sherbrooke)

Dans le cadre de la surveillance et diagnostic des structures de génie civil, le contrôle des bétons en surface est un enjeu majeur car ce sont les premiers centimètres de béton qui protègent les armatures de la structure. Les techniques de contrôle par ondes ultrasonores permettent de générer des ondes dites de surface. Elles se propagent sur des profondeurs dépendant de la fréquence et sont parfaitement adaptées à l’auscultation de ce béton dit de « peau ». Les ouvrages en béton sont soumis lors de leur cycle de vie à des sollicitations diverses qui peuvent conduire à un endommagement qui conduit généralement à une chute des caractéristiques mécaniques. Au Canada, la majeure partie de l’électricité est obtenue à partir d’ouvrages hydrauliques en béton armée et les modes de dégradation les plus souvent observés sont les endommagements par cycle Gel-Dégel et ceux obtenus par une Réaction chimique des Granulats Alcalins du béton. Ces deux modes conduisent à la microfissuration du béton. Le caractère hétérogène du matériau et la nature de l’endommagement rendent la génération et l’exploitation des ondes ultrasonores complexes. Ce sujet de master qui se déroulera deux mois en France et quatre mois au Canada (Québec) a pour objectif le développement de méthodes de mesure en ondes ultrasonores de surface dans le béton. Les techniques faisant appel à l’acoustique ultrasonore linéaire et non linéaire [1], déjà développées au LCND en ondes de volume devront être mises en œuvre pour les ondes de surface. Ce travail s’appuiera sur un stage de master réalisé l’année précédente au laboratoire [2] et se déroulera en parallèle d’une thèse sur la caractérisation des fissures de surface dans le béton [3]. Le stage débutera par une étude bibliographique permettant de découvrir le cadre de l’étude et d’approfondir les connaissances sur les mises en œuvre expérimentales des méthodes ultrasonores linéaires et non linéaires. La partie théorique et la validation des méthodes de mesure ultrasonore en ondes de surface seront réalisées au LCND sur des échantillons de référence (fournis par le partenaire Québécois). Les méthodes développées seront mises en œuvre sur des maquettes plus proches des structures industrielles à l’Université de Sherbrooke au Québec. Ces travaux peuvent faire l’objet d’un dépôt de brevet et/ou d’une publication scientifique ainsi que d’une prolongation en thèse dans le cadre des accords France Québec. Références [1] Payan, C., Garnier, V., Moysan, J. & Johnson, P. A.. Applying nonlinear resonant ultrasound spectroscopy to improving thermal damage assessment in concrete. JASA, 121(4), EL125-130, 2007. [2] C. Ack-Baraly, Etude de la propagation d’ondes ultrasonores dans les milieux granulaires, Rapport de Stage de Master 2, LCND Université de la Méditerranée – Aix en Pce et Université Joseph Fourier – Grenoble, 2010. [3] A.Quiviger, C.Payan, J.-F.Chaix, V.Garnier and J.Salin, Effect of the presence and size of a real macro-crack on diffuse ultrasound in concrete, NDTand E International, doi:10.1016/j.ndteint.2011.09.010 Compétences requises : connaissance de la propagation des ultrasons dans les solides est souhaitée. Les développements informatiques se feront essentiellement à partir de Matlab. Profil recherché : Master Recherche, Master ou Ingénieur Durée du stage : 6 mois Lieu du stage : stage réalisé au LCND LMA-CNRS situé à l’IUT d’Aix en Provence (2 à 3 mois) et au GRAI de l’Université de Sherbrooke – Québec-Canada (3 à 4 mois). La transition du LCND au laboratoire GRAI (Sherbrooke) sera accompagnée par le séjour au Québec d’un encadrant français. Rémunération : 600€ par mois Possibilité d’hébergement : frais de déplacements et de logement à Sherbrooke pris en charge. Poursuite en thèse : Une prolongation en thèse (co-tutelle France-Canada) est envisageable.

Suivi de la mort cellulaire par des méthodes de caractérisation ultrasonore à l’échelle microscopique

La chimiothérapie est réputée pour tuer les cellules cancéreuses par apoptose, un mode de mort cellulaire qui a été largement investigué ces dernières décennies. Durant l'apoptose, les cellules subissent d'importantes modifications morphologiques; les noyaux se condensent puis se fragmentent et des protubérances membranaires se forment ("membrane blebbing"). Bien que de nombreuses techniques aient été développées afin de déterminer de façon biochimique si les cellules subissent l'apoptose, il n'existe pas de techniques utilisées en routine pour déterminer de façon non invasive si l'apoptose a lieu dans une population de cellules.

La technique ultrasonore est un outil prometteur pour faire le suivi de la mort cellulaire. Une méthode d’estimation de la taille des structures cellulaires a été récemment développée au laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (LMA – CNRS UPR 7051). Cette méthode est basée sur l’analyse des spectres de puissance des signaux ultrasonores rétrodiffusés par les cellules. Ces signaux contiennent des informations sur l'arrangement spatial, la taille et les propriétés mécaniques des diffuseurs (i.e. principalement les noyaux des cellules). La méthode permet de remonter à deux paramètres : la concentration et la taille des cellules. L’objectif du stage est d’appliquer ces méthodes ultrasonores microscopiques d’estimation de taille sur des cultures de cellules exposées à des substances chimiothérapeutiques dans le cadre d’une collaboration avec le Laboratoire de Nutrition Humaine et Lipides (UMR 476 INSERM/1260 INRA).

Type de travail : expérimental Possibilité de poursuite en thèse : oui suivant le classement à l’école doctorale (si bourse MENRT -ministère) ou BDI (si ingénieur)

Personne à contacter :

Emilie Franceschini, chargée de recherche CNRS Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique LMA – CNRS UPR 7051 31 chemin Joseph Aiguier, 13402 Marseille Tel : 04 91 16 40 30 Fax : 04 91 16 42 70 Email : franceschini@lma.cnrs-mrs.fr

!

Le jeu du trompettiste et la question de la « souplesse » : mesures in vivo

Responsable : Christophe Vergez, chercheur (vergez@lma.cnrs-mrs.fr).

Correspondant : Ibrahim Maalouf, trompettiste.

Contexte :

Selon le trompettiste Ibrahim Maalouf, la notion de « souplesse » est primordiale dans le jeu

du trompettiste : elle est la pierre angulaire de sa pratique de concertiste et de son discours

pédagogique. Pour tenter de mieux comprendre ce que recouvre cette notion, nous proposons

de mesurer puis d’analyser l’évolution en temps-réel de certains paramètres essentiels

contrôlés par des trompettistes en cours de jeu.

Ce stage s’inscrit dans le cadre du projet ANR SDNS-AIMV [1] pour lequel le LAUM (Le

Mans) et le LMA (Marseille) sont associés pour étudier le comportement des instruments de

musique à vent et en particulier les régimes transitoires.

Travail demandé :

Le travail proposé se décompose en trois phases :

• Phase 1 - Participer à la conception d’une trompette instrumentée, constituée d’un

ensemble de capteurs pour mesurer en temps réel la pression dans la bouche, le débit

d’air moyen, l’appui des lèvres sur l’instrument, le mouvement des doigts. La pression

acoustique interne (dans l’embouchure) et externe (au pavillon) seront également

mesurées.

• Phase 2 - Mesure sur instrumentiste : une campagne de mesure sera menée avec

Ibrahim Maalouf. Des données expérimentales seront également recueillies avec

d’autres trompettistes, par exemple des élèves trompettistes.

• Phase 3 : Examen des données expérimentales, à la lumière de ce que nous savons de

la physique de la trompette (analyse des modèles), ou en s’inspirant d’études en

sciences du mouvement. Tentative d’une première définition de la souplesse dans le

contexte de la pratique de la trompette.

Compétences requises :

- Connaissances en acoustique musicale / physique des instruments à vent

- Goût pour le travail expérimental ; une expérience en instrumentation sera appréciée

- La pratique de la trompette est un plus mais n’est pas obligatoire

[1] Systèmes Dynamiques Non Stationnaires : Application aux Instruments de Musique à Vent

Stage de master M2 recherche (2011-2012)

Modelisation numerique des ondes elastiques non lineaires

mots-cles : mecanique des milieux continus, ondes non lineaires, analyse numerique, calcul scientifique.

Sujet de stage

Pour etudier la propagation des ondes dans les solides elastiques, on suppose generalement que les contraintessont reliees lineairement aux deformations. Les lois de comportement lineaires simplifient grandement les anal-yses theoriques, la recherche de solutions analytiques, ainsi que la resolution numerique. Le cadre lineaire etantlargement maıtrise, il est maintenant interessant de considerer des ondes d’amplitude plus importante, sollici-tant des comportement non lineaires. De facon non exhaustive, on peut citer des applications potentielles dansles disciplines suivantes :

• le controle non-destructif des materiaux, ou une tendance actuelle est d’utiliser les phenomenes nonlineaires, tels que la generation d’harmoniques, pour detecter des defauts [3] ;

• la propagation des ondes dans les milieux granulaires, ou le frottement grain-a-grain conduit a un com-portement macroscopique non lineaire 1;

• la turbulence d’onde [1], modele simplifie de la turbulence classique dans les ecoulements.

On considerera ici une non linearite cubique [4], en geometrie 1D. Le systeme hyperbolique non lineaire obtenusera integre par des schemas conservatifs, par exemple de type WENO, capturant les solutions discontinues[2]. On calculera la solution exacte du probleme de Riemann obtenu en considerant initialement deux etatsconstants et discontinus, conduisant a une validation des solutions numeriques.

Une fois le cas du milieu homogene maıtrise, on s’interessera a des lois de comportement constantes parmorceaux. On discretisera les conditions de saut aux interfaces [6]. On realisera des experiences numeriques depropagation d’ondes dans des milieux periodiques. On comparera notamment les resultats a ceux obtenus pardes methodes d’homogeneisation [5].

Renseignements pratiques

Ce sujet est mene dans le cadre du Laboratoire d’Excellence (LABEX) Mecanique et Complexite. Une poursuiteen these est envisageable. L’encadrement sera realise par

Bruno Lombard Nicolas FavrieLaboratoire de Mecanique et d’Acoustique Institut Universitaire des Systemes Thermiques Industriels31 chemin Joseph Aiguier, 13402 Marseille 5 rue Enrico Fermi, 13453 Marseille04-91-16-44-13, lombard@lma.cnrs-mrs.fr 04-91-10-69-56, nicolas.favrie@polytech.univ-mrs.frhttp://www.lma.cnrs-mrs.fr/~MI http://iusti.polytech.univ-mrs.fr/~smash/

References

[1] P. Cobelli, P. Petitjeans, A. Maurel, V. Pagneux, N. Mordant, Space-time resolved waveturbulence in a vibrating plate, Phys. Rev. Lett., 103 (2009), 204301.

[2] E. Godlewski, P. A. Raviart, Numerical approximation of hyperbolic systems of conservation laws,Applied Mathematic Sciences, 118 (1996).

[3] S. Kuchler, T. Meurer, L. J. Jacobs, J. Qu, Two-dimensional wave propagation in an elastic half-space with quadratic nonlinearity: a numerical study, J. Acoust. Soc. Am., 125-3 (2009), p. 1293-1301.

[4] L. Landau, E. Lifchitz, Theorie de l’elasticite, Editions Mir (1967).

[5] R. J. LeVeque, D. H. Yong, Solitary waves in layered nonlinear media, SIAM J. Appl. Math., 63-5(2003), p. 1539-1560.

[6] B. Lombard, Modelisation numerique de la propagation et de la di!raction d’ondes mecaniques, HDRd’Aix-Marseille 2 (2010), http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/44/88/97/PDF/Hdr.pdf.

1voir notamment la page web : http://www.ees.lanl.gov/ees11/geophysics/nonlinear/pubs.shtml

Stage de master M2 recherche (2011-2012)

Modelisation numerique des ondes poro-visco-elastiques 1D

mots-cles : mecanique des milieux continus, ondes mecaniques, analyse numerique, calcul scientifique.

Sujet de stage

Les milieux poreux sont constitues d’une matrice solide perforee, a travers laquelle un ou plusieurs fluides peuventlibrement circuler. Ces milieux interviennent dans de nombreuses applications, notamment en geosciences(roches saturees d’eau, de gaz ou de petrole) ou en genie biomedical (os). L’analyse des ondes di!racteespar un milieu poreux doit alors tenir compte du fait que les ondes propagees rencontrent une succession dephases solide et fluide. La theorie de la poroelasticite developpee par Biot [1] est largement utilisee pourdecrire ces phenomenes. Elle predit notamment l’existence d’une deuxieme onde de compression, observeeexperimentalement [5].

La principale limitation du modele de poroelasticite de Biot concerne la dissipation d’energie des ondes.L’attenuation mesuree experimentalement est toujours largement superieure a celle predite theoriquement.Plusieurs mecanismes ont ete proposes pour ameliorer la modelisation. On propose ici de prendre en comptela dissipation due aux frottements entre les grains. Pour cela, on utilisera le modele de Zener, classique enviscoelasticite [2], en dimension un d’espace.

On etudiera les proprietes du systeme de la poro-visco-elastodynamique ainsi obtenu : decroissance del’energie, analyse de dispersion et d’attenuation. On proposera une modelisation numerique des ondes tran-sitoires par un schema d’ordre eleve, dont on e!ectuera l’analyse numerique [3, 4]. On mettra en oeuvrenumeriquement les algorithmes, que l’on validera par comparaison avec des solutions analytiques. Enfin, onrealisera des experiences numeriques de propagation d’ondes avec des parametres realistes, et on illustreral’influence de la dissipation viscoelastique.

Renseignements pratiques

Le stage se deroulera au Laboratoire de Mecanique et d’Acoustique (LMA), et sera encadre par

Guillaume Chiavassa Bruno LombardM2P2 (Marseille) LMA (Marseille)04-91-05-47-85 04-91-16-44-13guillaume.chiavassa@ec.marseille.fr lombard@lma.cnrs-mrs.frhttp://gchiavassa.perso.ec-marseille.fr http://www.lma.cnrs-mrs.fr/~MI

L’etudiant sera amene a interagir avec Emilie Blanc (doctorante, LMA), qui travaille sur le systeme de Bioten regime haute-frequence. Une poursuite en these est envisageable.

References

[1] M. A. Biot, Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. I: Low-frequencyrange, J. Acoust. Soc. Am., 28-2 (1956), 168-178.

[2] J. Carcione, Viscoelastic rheologies for modelling wave propagation in porous media, GeophysicalProspecting, 46 (1998), 249-270.

[3] G. Chiavassa, B. Lombard, Time-domain numerical modeling of wave propagation in 2D heterogeneousporous media, J. Comput. Phys., 230 (2011), 5288-5309.

[4] B. Lombard, J. Piraux, Numerical modeling of transient two-dimensional viscoelastic waves, J. Comput.Phys., 230 (2011), 6099-6114.

[5] T. J. Plona, Observation of a second bulk compressional wave in a porous medium at ultrasonic frequen-cies, App. Phys. Lett., 36-4 (1980), 259-261.

UNIVERSITES D'AIX-MARSEILLE, ECOLE CENTRALE MARSEILLE ECOLE DOCTORALE « SCIENCES POUR L'INGENIEUR: MECANIQUE, PHYSIQUE, MICRO ET NANOELECTRONIQUE» MASTER « MECANIQUE, PHYSIQUE ET MODELISATION » Spécialité « ACOUSTIQUE » Année universitaire 2011-2012 Nom des proposants : Pierre-Olivier Mattei (Chargé de Recherche LMA) Tel : 0 491 16 44 92 E-mail : mattei@lma.cnrs-mrs.fr Jean-Pierre Sessarego (Directeur de Recherche LMA) Tel : 0 491 16 41 89 E-mail : sessarego@lma.cnrs-mrs.fr Equipe, laboratoire ou entreprise : CNRS-LMA Adresse: 31, Chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille Cedex 20 Titre du projet : Modélisation et mise en évidence expérimentale des résonances multiples d'une plaque encastrée couplée à des fluides de densités différentes. Résumé : L'analyse spectrale classique d’une structure vibrante couplée à un fluide léger ou un faible amortissement associe usuellement à mode vibratoire donné une fréquence de résonance légèrement amortie. Par contre pour un couplage en fluide lourd lourd (comme une plaque en aluminium au contact d'eau) on peut mettre en évidence des résonances multiples, telles qu'à un mode vibratoire donné on peut associer différentes fréquences de résonance plus ou moins amorties.

L'objectif du stage est double. Il s'agit de procéder à l'analyse théorique pour mettre en évidence ce phénomène lorsque la plaque est couplée à deux fluides de densités différentes (typiquement de l'air et de l'eau) et si possible de le vérifier expérimentalement. Le travail comporte plusieurs étapes. En premier lieu, il conviendra d'adapter une méthode de perturbation en fluide lourd, initialement développée pour un seul fluide au cas d'un couplage à deux fluides différents. Ensuite, il sera effectué une mise en évidence théorique et numérique du phénomène. Puis une étude paramétrique poussée sera conduite afin de définir une expérience qui pourrait permettre de confirmer les prédictions théoriques. Enfin, en fonction des résultats, on peut envisager de réaliser une première expérience. Type de travail : Modélisation, simulation numérique et éventuellement expérimentation. Résultats attendus : Mise en évidence et compréhension du phénomène. Compétences requises : Connaissances en vibration de structure et en rayonnement acoustique, connaissances des méthodes analytiques (développements asymptotiques, analyse complexe), goût pour calcul numériques et l'expérimentation Possibilité de poursuite en thèse : Application au rayonnement acoustique des structures ultra-légères en milieu aérien (rayonnement acoustique d'habitacles excités par des couches limites turbulentes) ou de structures denses en fluide lourd (rayonnement acoustique des navires) selon possibilités de financement.

Année universitaire 2011 - 2012

Proposition de stage Proposant(s) : Lasaygues Philippe

Tél / Fax / courriel : 04 91 16 42 77 lasaygues@lma.cnrs-mrs.fr

Equipe(s), Laboratoire(s) : Pôle "Ondes et Imagerie", Groupe "Ultrasons médicaux", LMA, UPR CNRS 7051, Marseille

Titre du stage : Traitement et analyse de signaux en tomographie ultrasonore

Résumé du travail demandé L'imagerie médicale est l'application principale de la tomographie ultrasonore. Cette méthode d'imagerie résulte de la linéarisation du problème inverse de diffusion acoustique et permet de visualiser les petites perturbations d'un milieu de référence. Pour des milieux présentant de faibles hétérogénéités, comme le sont les milieux biologiques "mous", le milieu moyen (le milieu ambiant) sert de référence homogène. Dans ces cas là, l'onde traverse un milieu quasiment homogène et isotrope dont les caractéristiques acoustiques sont très proches de celle de l'eau. Lorsque les contrastes sont trop forts ou les diffuseurs trop rapprochés (imagerie des structures osseuses) les théories linéaires ne peuvent raisonnablement s'appliquer et la prise en compte de certains phénomènes physiques liés à la propagation des ondes lors de leur passage dans le milieu, impose une modification des protocoles d'acquisitions des signaux ultrasonores. Evidemment plus la fréquence de l'onde est élevée, plus sa propagation, au sein d'un milieu complexe, sera perturbée. Pour

limiter ces problèmes, l'appel aux basses et moyennes fréquences ultrasonores (de 250 kHz à 5 MHz) est une alternative possible efficace. En effet, en baissant la fréquence de l'onde émise, certaines zones hétérogènes peuvent être "vues" plus homogènes et l'atténuation est également plus limitée. Toutefois, si nous gagnons en profondeur de champ, nous perdons forcément sur la résolution des signaux et donc des images reconstruites. Même à plus basses fréquences que les échographies usuelles, la complexité de cette propagation génère une complexité sur les signaux acoustiques, constitués de plusieurs contributions (groupe de signaux), et leurs signatures souvent difficiles à analyser et à interpréter :

chemins de propagation : zone corticale ou canal médullaire; type et nature des ondes élastiques : ondes de volume (compression ou cisaillement), ondes guidées, circonférentielles; atténuation, absorption ou dispersion. Afin d'améliorer la "qualité" des signaux utilisés pour, soit la reconstruction de l'image de la structure osseuse, soit la caractérisation du phénomène physique associé, soit les deux, nous avons recours au traitement du signal. Ce problème est récurrent en physique, et n'est surtout pas propre à l'imagerie osseuse. On le retrouve en contrôle non destructif des matériaux, aciers austénitiques, structures bétons, ou encore en acoustique sous-marine, étude des fonds marins, recherche de mines enfouies, ou en géophysique des sols. Notons que dans le cas particulier de la tomographie ultrasonore appliquée à l'imagerie osseuse, l'objectif de la quantification de l'information, but ultime de la caractérisation tissulaire, nous encourage à optimiser ce traitement systématique. Plusieurs solutions sont aujourd'hui abordées telles que le filtrage, l'analyse spectrale ou la déconvolution des signaux par une réponse caractéristique de la fonction d'appareil, cette dernière opération permettant de renforcer l'information vers les hautes et basses fréquences du spectre, pour améliorer la résolution et atteindre l'information quantitative. Toutefois la déconvolution reste très sensible au bruit des signaux. Dans le travail envisagé, nous proposons une alternative à la déconvolution reposant sur une décomposition multiéchelle en ondelettes des signaux exploitant toute l'information disponible simultanément en fréquence et en temps. Mais la seule analyse ne suffit pas et pour que le traitement soit optimum, la signature acoustique de l'onde émise – i.e. l'onde incidente arrivant sur l'objet diffractant - doit aussi respecter, si ce n'est toutes, au moins quelques unes des propriétés particulières des ondelettes (figure). L'objectif de ce stage est précisément de présenter tout l'intérêt d'une mise en forme "optimisée" du signal transmis au milieu de propagation en regard du prétraitement nécessaire des signaux ultrasonore.

Compétences requises Intérêt pour les applications médicales, pour le traitement du signal, l'imagerie et méthodes d’inversion, pour l’expérimentation & mesures physiques, Programmation Delphi ou C, Matlab

Financement du stage suivant réglementation en vigueur

Lieu : LMA, Marseille

Possibilité de poursuite en thèse oui, suivant classement ED (financement ministère) ou BDI (si ingénieur)

Année universitaire 2011 - 2012

Proposition de stage

Proposants 1) Guillermin Régine 2) Lasaygues Philippe

Tél / Fax / courriel : 1) 04 91 16 44 77 / 04 91 22 82 48 / guillermin@lma.cnrs-mrs.fr 2) 04 91 16 42 77 / 04 91 16 42 70 / lasaygues@lma.cnrs-mrs.fr

Equipe(s), Laboratoire(s) Pôle "Ondes et Imagerie", Groupe "Ultrasons médicaux", LMA, UPR CNRS 7051, Marseille

Titre du stage Imagerie ultrasonore de la diaphyse des os longs

Résumé du travail demandé Depuis plusieurs années, le Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique s'intéresse à la tomographie ultrasonore pour inverser le champ acoustique rayonné par une structure osseuse corticale. Les premiers résultats sur des structures osseuses sont très encourageants mais la méthode basée sur l’approximation de Born et la linéarisation du problème inverse est limitée et reste lourde à mettre en œuvre expérimentalement. L'autre approche envisagée est basée sur la méthode de "Born Distordu Itératif" dans laquelle l’actualisation du milieu se fait successivement en étudiant la propagation dans le milieu à l’étape antérieure et la fonction de Green associée. Chaque actualisation étant "petite", problèmes directs et inverses sont linéarisés (approximation de Born distordu). Une discrétisation par une méthode de moments permet ensuite d’utiliser l’arsenal classique et puissant de l’algèbre linéaire (gradient conjugué, régularisation). Le seul inconvénient est qu’il faut un nombre important d’itérations, à moins de partir d’une configuration initiale très proche de la réalité. Pour exploiter la grande variété de fréquences que délivre le signal large bande utilisé (impulsion), l’idée est de commencer par exploiter les basses fréquences, porteuses d’information globales, et d’injecter progressivement les hautes fréquences pour améliorer simultanément les aspects qualitatif (résolution) et quantitatif (paramètres physiques). Pour ce stage, nous proposons de mener une étude sur la caractérisation des objets de petit diamètre (cibles académiques de type cylindre non-circulaire élastique et os réels de type péronés d'enfant). La production de signaux sera assurée à partir d'expériences menées sur les scanners du laboratoire.

Compétences requises - Imagerie et méthodes inverses - Intérêt pour le numérique et l’expérimentation - Programmation Matlab, Fortran

Financement du stage suivant réglementation en vigueur

Lieu LMA, Marseille

Possibilité de poursuite en thèse oui, suivant classement ED (financement ministère) ou BDI (si ingénieur)

Année universitaire 2011-2012 Proposition de stage

Proposants 1) Litman Amélie, Tortel Hervé (Institut Fresnel) 2) Lasaygues Philippe (LMA)

Tél / Fax / courriel :

1) 04 91 28 80 04 / 04 91 28 80 67 / amelie.litman@fresnel.fr 2) 04 91 16 42 77 / 04 91 16 42 70 / lasaygues@lma.cnrs-mrs.fr

Equipe(s), Laboratoire(s) 1) Groupe HYPE, Institut Fresnel, 13397 Marseille 2) Pôle "Ondes et Imagerie", Groupe "Ultrasons médicaux", LMA, UPR CNRS 7051, Marseille

Titre du stage

Mise en place d'outils numériques pour l'imagerie non destructive électromagnétique ou acoustique

Résumé du travail demandé L'exploitation du phénomène d'interaction d'une onde avec son environnement proche est la clé de voute des dispositifs d'imagerie non destructif actuels. L'éclairement peut provenir d'un transducteur comme en tomographie ultrasonore ou d'une antenne comme en imagerie micro-onde. De tels systèmes d'imagerie ont une large plage d'applications, allant de l'imagerie biomédicale et/ou industrielle jusqu’au contrôle de l'écoulement de l'eau dans les sols. L'Institut Fresnel, comme le LMA, développe depuis de nombreuses années des instruments d'imagerie basés sur ces phénomènes de diffraction. Le candidat devra tout d'abord se familiariser avec les différents systèmes actuellement disponibles dans les deux équipes. Il devra ensuite prendre en main un code de modélisation de diffraction basé sur la méthode des éléments finis 3D vectoriel déjà disponible à l'Institut Fresnel. Sa tâche principale sera de comparer les champs mesurés dans chacun des systèmes et ceux modélisés à l'aide de ce logiciel de modélisation. Cette étape nécessite de définir les maillages, éventuellement d'adapter la formulation par éléments finis au cas acoustique, de mettre en place des outils de traitement du signal mesuré dans les différents systèmes ainsi que la mise au point d'un processus numérique de calibration adapté à chaque problématique. Tous ces aspects doivent être abordés avant de mettre en place l'étape suivante qui consistera à combiner ce code de modélisation efficace avec des algorithmes d'imagerie quantitatifs itératifs.

Type de travail (théorique, numérique, expérimental): Numérique

Résultats attendus: Modélisation d'un phénomène de propagation acoustique et électromagnétique par une formulation par éléments finis. Comparaison de champs expérimentaux/numériques.

Compétences requises - Modélisation et méthodes inverses - Intérêt pour le numérique - Equation des ondes

Financement du stage suivant réglementation en vigueur

Lieu Institut Fresnel, Campus de St Jérôme, 13397 Marseille

Possibilité de poursuite en thèse oui, suivant classement ED (financement ministère) ou BDI (si ingénieur)

Proposition de stage Master ou Ingénieur Mammographe à Ultrasons : Imagerie 3D ductale.

Noms des proposants: Mensah Serge Philippe Lasaygues Tel : 04 91 16 41 98 04 91 16 42 77 Adresse électronique : mensah@lma.cnrs-mrs.fr lasaygues@lma.cnrs-mrs.fr Equipe Ultrasons Médicaux Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique Adresse: 31 Ch. Joseph Aiguier, 13402 Marseille Contexte général :

Les travaux de recherche en tomographie ultrasonore débouchent aujourd’hui sur la réalisation d'un prototype d’imageur dédié à la détection précoce du cancer du sein : le système ANAÏS (ANAtomical Imaging and Interventional System). Ce système, actuellement en phase finale de réalisation, a vocation à être validé en laboratoire puis en clinique.

Le système permet d’effectuer des acquisitions en réflexion (type échographie) et en diffraction autour de la cible (le sein). Le choix d’une antenne semi-circulaire (1024 transducteurs actifs) est dicté par les besoins d’une inspection cohérente avec l’anatomie du sein (examen de chaque lobe). Le tomographe fournit d’ors et déjà une haute qualité d’image et contrairement à l’échographie, est très peu dépendant de l’opérateur.

D’un point de vue médical, il est aujourd’hui admis que 87% des lésions mammaires prennent leur origine dans l’épithélium des galactophores (canaux qui conduisent le lait) dont l’arborescence est distribuée parmi les 15-20 lobes constituant l’anatomie du sein. D’où l’importance d’une restitution optimale de cette arborescence en vue d’une détection précoce des lésions : la tomographie ductale. Etude proposée :

L’étude proposée consiste à étendre les procédures de reconstruction bidimensionnelle actuelles (coupes tomographiques) aux reconstructions tridimensionnelles (3D) d’un volume. L’effort portera tout spécialement sur l’imagerie 3D d’un lobe. Ce travail nécessitera une bonne compréhension des techniques d’imagerie existantes au laboratoire, de la modélisation de l’interaction onde-tissu, et d’outils de traitement de signal (compression d’impulsion). Elle sera complétée par la réalisation de fantômes de sein réalistes et de leur imagerie. Le mammographe ANAÏS (prototype) Anatomie du sein : disposition radiaire des lobes Rétribution : L’étudiant sera rétribué selon les normes en vigueur au CNRS - LMA

Année universitaire 20011-2012

Proposition de stage, niveau Master, École d'ingénieurs 3A

Nom des proposants: Fouan Damien & Mensah Serge Tel : 06 62 64 09 37 04 91 16 41 98 Télécopie : 04 91 16 42 00 04 91 16 42 00 Adresse électronique : damien.fouan@bf-systemes.fr mensah@lma.cnrs-mrs.fr Equipe, ou entreprise: Equipe. « Propagation et Imagerie » & BF Systèmes Adresse: CNRS LMA, 31 Ch. Joseph Aiguier, 13402 Marseille

Titre du projet: Prévention des accidents de désaturation Détection et caractérisation de microbulles Résumé : Pour des plongées dépassant les 40 mètres, le risque d’accident de désaturation est évalué à 1 accident pour 3000 plongées, soit un risque supérieur à 50% si l’on considère la carrière d’un plongeur professionnel. En partenariat avec la société BF systèmes, l’équipe « Propagation et Imagerie » du CNRS-LMA est engagée dans la conception d’un détecteur ultrasonore de microbulles. En effet il existe une forte corrélation entre la présence de microbulles dans le sang et l'apparition d'accidents de désaturation. Les techniques utilisant les ultrasons sont particulièrement bien adaptées à la détection et à la caractérisation de microbulles étant donné que celles ci sont d'excellents réflecteurs ultrasonores. En outre les microbulles de gaz présentent un caractère hautement non linéaire, propriétés exploitées pour les dimensionner. Dans le cadre de ce stage, il est envisagé de concentrer les travaux de recherche sur deux axes concourants :

• La validation de techniques existantes sur bulles circulantes et/ou dans un environnement complexe. • Le développement expérimental de nouvelles méthodes expérimentales de caractérisation.

Le premier item consistera à appliquer les techniques validées en laboratoire dans des situations plus complexes. Cela pourra, entre autres, passer par l'utilisation de fantômes Doppler, par la réalisation de mesures continues (histogrammes de tailles), la caractérisation de très petites bulles (<10 µm)... L’objectif ici est de se rapprocher des conditions d'application d'un futur appareil opérationnel. Le second point consistera à envisager et tester de nouvelles méthodes expérimentales pouvant permettre la simplification de l'instrumentation nécessaire à la mesure.

Profil : Compétences souhaitées en Acoustique, Traitement du Signal et programmation (Matlab, Labview) Indemnisation : L’étudiant recevra une indemnité sur 6 mois selon la règlementation actuelle.

Stage de Master – Année 2012

Développement d'un système de calibration de bulles sur un banc d'expérimentation pour la simulation de bulles dans un système

vasculaire

Résumé :La plongée subaquatique donne lieu chaque année à des accidents connus sous le

nom d'accidents de désaturation (ADD). La majorité de ces accidents surviennent sans qu'aucune erreur de procédure ne soit commise par les plongeurs. Le niveau de bulles d'azote présent dans le corps du plongeur est un indicateur physiologique pertinent du risque d'ADD. En collaboration avec le Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (CNRS-UPR 7051), la société BF Systèmes développe une technologie non invasive dédiée à la mesure de bulles en temps réel.

Le développement de tels appareils demande une constante comparaison et calibration in situ. Un banc de simulation opérationnelle de flux cardiaques constitué de différents éléments dédiés (pompe péristaltique, fantôme vasculaire pour l'application Doppler, fluide test, injection de micro-bulles) a été mis en place, par la société, au Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique. La phase de contrôle des appareils doit passer par une calibration des micro-bulles injectées. Celle-ci doit être réaliser avec un système propre et différent des méthodes acoustiques utilisées (ex : système optique).

L'étudiant intégrera l'équipe de développement acoustique de BF Systèmes basée au sein du pôle ''ondes et imagerie'' du Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique de Marseille (CNRS UPR-7051) sur le campus CNRS Joseph Aiguier à Marseille.

Sujet : La mission principale de l'étudiant sera la définition, la spécification et le développement du système de calibration et d'injection de micro-bulles dans le circuit. Elle pourra être développée en différentes étapes :

étude des différentes méthodes de génération de micro-bulles développées au sein du pôle ''ondes et imagerie'' au LMA (ANR SmartUS) et applicables au banc de test.

développement de différentes méthodes d'injection de micro-bulles dans le circuit vasculaire simulé.

définition, développement et spécification d'un système de calibration optique de micro-bulles implanté sur le système.

pilotage et automatisation de la calibration (automatisation de la mesure, traitement d'image pour remonter à la densité et/ou aux rayons des bulles).

Compétences requises : Intérêt pour les applications médicales, pour l'automatisation de mesures (LabView, Delphi ou Matlab), pour le traitement d'image et du signal (Matlab), pour l'expérimentation et les mesures physiques.

Financement du stage : 700 € / mois

Contact : Thomas GOURSOLLE Ingénieur R&D BF Systèmes thomas.goursolle@bf-systemes.com - 04 91 16 42 86

UNIVERSITES D'AIX-MARSEILLE, ECOLE CENTRALE MARSEILLE ECOLE DOCTORALE « SCIENCES POUR L'INGENIEUR: MECANIQUE, PHYSIQUE, MICRO ET NANOELECTRONIQUE» MASTER « MECANIQUE, PHYSIQUE ET MODELISATION » Spécialité « ACOUSTIQUE » Année universitaire 2011-2012 Nom des proposants : Pierre-Olivier Mattei (Chargé de Recherche LMA) Tel : 0 491 16 44 92 E-mail : mattei@lma.cnrs-mrs.fr Marc Pachebat (Ingénieur de Recherche LMA) Tel : 0 491 16 41 58 E-mail : pachebat@lma.cnrs-mrs.fr Equipe, laboratoire ou entreprise : CNRS-LMA Adresse: 31, Chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille Cedex 20 Titre du projet : : Rayonnement acoustique et dissipation des absorbeurs non-linéaire en Acoustique. Résumé : La réduction des bruits et des vibrations est un thème de recherche très porteur car elle permet, par exemple, une amélioration de la résistance à la fatigue avec pour conséquence une diminution des coûts de maintenance et une diminution du bruit résultant en une augmentation du confort. De nombreux dispositifs actifs et passifs ont été développés pour améliorer le comportement vibroacoustique des ensembles mécaniques. Nous avons récemment développé, dans le cadre de la thèse de Romain Bellet (soutenue en octobre 2010) et de l'ANR ADYNO, un absorbeur dynamique acoustique non-linéaire qui offre une meilleure robustesse en fréquence par rapport aux dispositifs existants actuellement. Ce système à raideur non-linéaire ne possède pas de fréquence propre et peut osciller librement à n’importe quelle fréquence. Une fois accroché sur un système vibrant, on peut obtenir (sous certaines conditions) des régimes de fonctionnement très particuliers où les échanges d’énergie se font dans un seul sens : du système vibrant vers l ‘étouffeur non linéaire. On parle alors de « Pompage d’énergie ». Ce dispositif est suffisamment prometteur pour qu'un brevet commun CNRS/PSA ait été déposé et qu’une application industrielle soit en cours de développement. Néanmoins, de nombreux aspects restent encore mal compris, tout particulièrement le rôle de la dissipation tant au niveau du matériau de l'absorbeur dont la modélisation reste encore embryonnaire que du rayonnement acoustique de l'absorbeur pour l'instant négligé.

Le but de ce stage est de pallier le manque de compréhension du rayonnement acoustique de l'absorbeur. Dans le cas du pompage celui-ci est décrit par un couplage vibroacoustique non linéaire susceptible de modifier significativement la dissipation de l'absorbeur. Le candidat s'attachera, par exemple, à modéliser finement le rayonnement acoustique ou encore à mener des expériences visant à la caractériser la dissipation et la déformée de l’absorbeur par des moyens optiques comme des caméras rapides.

Type de travail : Modélisation, simulation numérique et/ou expérimentations. Résultats attendus : Mise en évidence et compréhension du phénomène. Compétences requises : Connaissances en vibration de structure et en rayonnement acoustique, connaissances des méthodes analytiques (développements asymptotiques, analyse complexe), goût pour l'expérimentation Possibilité de poursuite en thèse : Oui (selon possibilité de financement). Les applications visent l’acoustique intérieure de locaux ou de véhicules terrestres, aériens et spatiaux.

Proposition de sujet de Master 2011-2012

Simulation numérique de la diffraction d’ondes acoustiques par une surface rugueuse dans le domaine temporel

Contacts : Paul Cristini (cristini@lma.cnrs-mrs.fr) et Dimitri Komatitsch (komatitsch@lma.cnrs-mrs.fr)

Contexte :

Dans bon nombre d'applications faisant intervenir la propagation d'ondes acoustiques ou sismiques, la présence d'interfaces non parfaitement planes (c’est-à-dire rugueuses) modifie de manière importante les fronts d'ondes réfléchis ou transmis. Ainsi, dans de telles conditions, la détection d'objets enfouis dans les sédiments ou l'imagerie sismique à travers de telles interfaces deviennent beaucoup plus difficiles. Il est donc nécessaire de mieux comprendre comment les perturbations induites par ces interfaces affectent les signaux acoustiques ou sismiques que l'on envoie pour analyser ces milieux. En effet, de la même manière que le verre dépoli en optique, ce type d'interfaces, qui existe dans les milieux naturels à diverses échelles, rend les ondes que nous utilisons aveugles. Les enjeux sous-jacents à l'étude de telles interfaces sont donc importants et concernent aussi bien le domaine de l’énergie que celui de l’environnement.

Objectifs :

De nombreuses études ont été réalisées dans le passé en régime harmonique dans le but d'étudier la diffraction des ondes par des surfaces rugueuses, mais peu l’ont été en régime temporel, principalement en raison du coût informatique important de ce genre de simulation. L'objectif de ce projet sera dans un premier temps d'identifier des configurations géométriques simples (de type sinusoïde) en régime harmonique donnant lieu à des effets de diffraction significatifs à la fois en réflexion et en transmission. Une seconde étape consistera à utiliser le logiciel de simulation numérique SPECFEM2D pour générer des séquences temporelles avec les configurations géométriques identifiées précédemment. Ce logiciel calcule la solution complète de l'équation des ondes en régime temporel et nous permettra donc d’analyser l'impact sur le champ d'ondes de la présence de ces interfaces particulières.

Compétences requises :

Goût pour la simulation numérique et la programmation. Capacité à travailler en équipe. Bonne connaissance de l’anglais. Une connaissance et/ou une pratique d’au moins un langage de programmation (C, C++, Fortran, Java, Python ou similaire) serait un plus.

Poursuite en thèse : Possible, suivant classement par l’Ecole Doctorale (si financement ministère) ou Bourse de Docteur Ingénieur (BDI) (si ingénieur).

Simulations acoustiques de l'implant cochléaire :

modélisation de la configuration géométrique des électrodes et effets sur la perception de la parole

Mondialement, l'implant cochléaire a restauré des sensations auditives à plus de 180 000 patients

atteints de surdité sévère à profonde. Cette prothèse auditive (aussi appelée oreille bionique)

fonctionne par l'intermédiaire d'une vingtaine d'électrodes implantées à l'intérieur de la cochlée qui

stimulent directement les fibres nerveuses auditives avec des séquences d'impulsions électriques.

Son principe de fonctionnement est similaire à celui du vocodeur de Dudley utilisé dans les années

40 pour transmettre efficacement (avec une bande-passante réduite) des signaux de parole par lignes

téléphoniques. La partie externe de l'implant capte le son et le découpe en sous-bande spectrales.

L'enveloppe temporelle de chacune de ces sous-bandes est ensuite extraite et sert à moduler en

amplitude des séquences d'impulsions électriques qui sont présentées sur une électrode implantée

donnée. Conformément au fonctionnement normal/physiologique de la cochlée, les enveloppes

extraites des bandes basse-fréquence sont délivrées aux électrodes situées à l'apex de la cochlée

tandis que celles extraites des bandes haute-fréquence sont délivrées à sa base.

Il est couramment admis qu'une des limites principales à la compréhension de la parole dans le bruit

et à l'appréciation de la musique des patients implantés est la pauvre résolution spatiale (spectrale)

de l'implant. En effet, en partie à cause de la conductivité du milieu, chaque électrode stimule une

portion significative de la cochlée et les populations de fibres nerveuses excitées par chaque

électrode se chevauchent. Il peut donc paraître paradoxal que la plupart des implants cochléaires

disponibles utilisent une configuration monopolaire pour laquelle chaque électrode implantée est

stimulée par rapport à une électrode de référence éloignée (située à l'extérieur de la cochlée).

Cependant, les modes de stimulation dits « sélectifs » (par exemple, bipolaire ou tripolaire), pour

lesquels les électrodes stimulées sont toutes à l'intérieur de la cochlée et proches les unes des autres,

n'ont, jusqu'à maintenant, pas montré d'amélioration sur des tâches de perception de la parole.

Une hypothèse permettant d'expliquer cette absence de bénéfices est que ces modes de stimulation

sélectifs produisent des zones de stimulation dans la cochlée restreintes mais également disjointes.

Par exemple, le mode bipolaire produit deux zones d'excitation d'intensité égale situées à proximité

de chaque électrode stimulée. Nous émettons l'hypothèse que cette multi-modalité de la stimulation

pourrait dégrader la représentation spectrale des sons lorsque plusieurs canaux fréquentiels sont

activés.

Les buts du stage seront (1) d'implémenter une simulation acoustique d'implant cochléaire plus

réaliste que celles couramment utilisées en modélisant explicitement les différentes configurations

d'électrodes par filtrage numérique, (2) de tester la reconnaissance de la parole dans le silence et

dans le bruit de sujets normo-entendants soumis à ces différentes configurations simulées et (3) de

proposer des alternatives à ces configurations.

Pré-requis : Notions de programmation (ex. Matlab)

Contact :

Olivier Macherey, Chargé de recherche

Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique

Equipe Perception Auditive

31 Chemin Joseph Aiguier

13402 Marseille Cedex 20

Tel : 04 91 16 41 73

email : macherey@lma.cnrs-mrs.fr

UNIVERSITES D'AIX-MARSEILLE, ECOLE CENTRALE MARSEILLE

ECOLE DOCTORALE « SCIENCES POUR L'INGENIEUR: MECANIQUE, PHYSIQUE,

MICRO ET NANOELECTRONIQUE»

MASTER « MECANIQUE, PHYSIQUE ET INGENIERIE »

Specialite « ACOUSTIQUE »

Annee universitaire 2011-2012

PROPOSITION DE PROJET DE STAGE (1 page maximum, à renvoyer à :

stages_acous@lma.cnrs-mrs.fr)

Nom des proposants: Philippe Guillemain, Jean Kergomard, Christophe Vergez

Tel : , 04 91 16 42 69, 04 91 16 43 81, 04 91 16 41 63

Adresse electronique : guillemain@lma.cnrs-mrs.fr, kergomard@lma.cnrs-mrs.fr,

vergez@lma.cnrs-mrs.fr

Equipe, laboratoire ou entreprise: LMA

Adresse: 31 Chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille Cedex 20

Titre du projet: Décomposition modale d’impédances d’entrée de clarinette :

modélisation de l’évolution des paramètres modaux en fonction du doigté

Résumé :

Un moyen classique de caractériser acoustiquement la colonne d’air contenue dans un

instrument à vent consiste à mesurer son impédance d’entrée. Cette grandeur, fonction de la

fréquence, contient toute l’information concernant tant la perce de l’instrument que l’état des

trous latéraux, les hauteurs de levée des tampons, etc... Pour exploiter cette grandeur mesurée

dans un procédé de simulation du fonctionnement complet de l’instrument incluant un

couplage non linéaire avec l’anche, un moyen commode et économique en calcul consiste à

représenter cette impédance sous forme d’une superposition de modes décrivant les

résonances de l’impédance. Chaque mode est ainsi caractérisé par trois paramètres :

l’amplitude (complexe), la fréquence et le facteur de qualité. Pour des raisons trop longues à

détailler ici, l’impédance d’entrée d’une clarinette pour un doigté donné, y compris dans le

grave se représente bien avec un nombre de modes de l’ordre de dix. Si l‘on considère

l’ensemble de la tessiture de la clarinette, soit 36 demi-tons, dans cette représentation modale

l’instrument est donc entièrement caractérisé par un nombre de paramètres de l’ordre du

millier.

Réduire ce nombre est un des objectifs du stage proposé. Ceci nécessite de caractériser

et modéliser l’évolution des paramètres modaux d’un doigté à un autre. L’intérêt dans une

optique d’exploitation en synthèse sonore est évident, puisque ceci permet non plus d’utiliser

un grand ensemble de paramètres, mais un petit ensemble que l’on saura a priori transformer

pour passer d’un doigté à un autre. Un autre intérêt concerne la facture instrumentale. En

effet, il est bien connu des instrumentistes et des facteurs que certaines notes posent problème,

qu’il s’agisse de justesse, notamment inter-registres, d’homogénéité de timbre ou encore de

facilité d’émission. Il s’agira de déterminer si, pour certains doigtés, certains paramètres

modaux échappent aux lois de comportement précédemment déterminées et si ces

comportements atypiques peuvent être reliés aux propos d’essayeurs professionnels recueillis

lors d’une précédente étude.

Le stage se déroulera de la manière suivante. Il s’agira tout d’abord de mesurer les

impédances d’entrée d’une clarinette pour l’ensemble de la tessiture, puis d’en extraire les

paramètres modaux. Afin d’intuiter les lois de comportement de ces paramètres, on s’appuiera

sur un modèle théorique établi à partir d’un tube droit, sans trous latéraux, qui pourra être

complété d’un trou de registre. Pour les doigtés pour lesquels le modèle décrit a priori bien les

données brutes, on vérifiera, grâce à l’utilisation d’un algorithme de simulation existant, que

l’emploi des lois d’évolution a peu d’influence sur des grandeurs telles que la fréquence de

jeu et les amplitudes des premiers harmoniques. Pour les doigtés dont les paramètres modaux

modélisés s’éloignent des données brutes, on tentera de comprendre dans quelle mesure

l’emploi de lois de comportement permettra probablement de gommer les comportements

atypiques, ce qui présente un avantage dans un contexte de synthèse sonore. Pour ces doigtés

atypiques, on s’intéressera également au rôle de l’inharmonicité des résonances de

l’impédance sur les grandeurs précédemment mentionnées, éventuellement en confrontant les

résultats issus des simulations avec ceux obtenus sur une bouche artificielle.

Type de travail (theorique, numerique, experimental): Expérimental, numérique et théorique

Resultats attendus: Une publication courte est envisagée.

Competences requises : connaissances de base en acoustique, traitement du signal

acoustique, jouer de la clarinette serait un plus.

Bibliographie :

Chaigne, A. et Kergomard, J., Acoustique des instruments de musique, Belin, 2008

Ph. Guillemain, J. Kergomard, Th. Voinier, « Real-time synthesis of clarinet-like instruments

using digital impedance models », J. Acoust. Soc. Am, Vol. 118(1), july 2005, pp.483-494.

Possibilite de poursuite en these : le sujet peu etre poursuivi

UNIVERSITES D'AIX-MARSEILLE, ECOLE CENTRALE MARSEILLEECOLE DOCTORALE « SCIENCES POUR L'INGENIEUR: MECANIQUE, PHYSIQUE, MICRO ET NANOELECTRONIQUE »

MASTER « MECANIQUE, PHYSIQUE ET INGENIERIE »Spécialite « ACOUSTIQUE »Année universitaire 2011-2012

Nom du proposant: Sølvi Ystad, Richard Kronland-Martinet & Mitsuko AramakiTel : 0491164259Télécopie : 0491164012Adresse électronique : {ystad, aramaki, kronland}@lma.cnrs-mrs.fr

Équipe, laboratoire ou entreprise: S2M, LMA - CNRSAdresse: 31 Chemin Joseph Aiguier,13009 Marseille

Titre du projet: étude perceptive des objets du quotidien en vue du contrôle intuitif d’un synthétiseur de sons d’impact

Résumé : La synthèse numérique sonore a connu ces dernières années une évolution

significative qui permet aujourd’hui de reproduire des percepts sonores complexes de façon réaliste en s’appuyant sur des modèles physiques ou de signaux. Les enjeux scientifiques générés par de telles avancées méthodologiques se situent désormais au niveau du contrôle de ces percepts et en particulier du contrôle à haut niveau cognitif. Ce type de contrôle vise notamment à la genèse de sons à partir de descriptions sémantiques de scènes auditives ou visuelles (objets, matériaux, interactions avec l’environnement …) ou d’un ressenti.

Le stage proposé s’insère dans cette recherche et sera axé sur la conception de stratégies de contrôle intuitif associées à la perception des objets. Nous mettrons tout d’abord au point des tests d’écoute afin de mieux définir les catégories perceptives relatives aux caractéristiques des objets (formes, taille) à partir d’une banque de sons enregistrés. Une analyse acoustique des sons permettra ensuite de définir des morphologies sonores associées aux catégories obtenues, en s’appuyant sur des considérations physiques lorsque cela est possible. Enfin, nous mettrons au point une stratégie de contrôle intuitive dédiée à un synthétiseur de sons d’impact, obtenue par la mise en correspondance entre évaluation perceptive, analyse acoustique et paramètres du modèle de synthèse. Il s’agira notamment de proposer des espaces de navigation à travers des catégories perceptives d’objets. Cette stratégie sera adaptée dans un contexte musical pour contrôler une batterie électronique.

Type de travail (théorique, numérique, expérimental):Expérimental (mise au point de tests perceptifs), numérique (programmation MATLAB), théorique (traitement du signal, analyse-synthèse)

Compétences requises: traitement du signal, mise au point de protocoles expérimentaux

Possibilité de poursuite en thèse: à voir