Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Soutenance de thèse ECL

Roberto Sabatini

Lundi 30 janvier 2017 - 10h00 - ECL - amphi 201

Roberto Sabatini

Simulation directe 3-D de la propagation non-linéaire des ondes acoustiques dans l’atmosphère terrestre

Jury
R. MARCHIANO - Professeur - Sorbonne Universités - UMPC - Institut Jean le Rond d’Alembert
C. DE GROOT-HEDLIN - Professeure - University for Atmospheric Acoustics - Institute of Geophysics and Planetary Physics - Scripps Institution of Oceanography - University of California - San Diego
Y. DOUTRELEAU - Docteur - Direction Générale de l’Armement - DGA/DS/MRIS RDS "Fluides Structures"
O. GAINVILLE - Ingénieur - CEA - DAM - DIF
D. HABAULT - Directrice de Recherche CNRS - Laboratoire de Mécanique et Acoustique CNRS-UPR 7051 - Marseille
O. MARSDEN - Docteur - European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) - Shinfield Park - Reading - Royaume-Uni
C. BAILLY - Professeur - Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique - Ecole centrale de Lyon

Résumé
Les infrasons sont des ondes acoustiques de fréquence inférieure à environ 20 Hz qui sont produits par une grande variété de sources naturelles (éruptions volcaniques, séismes, etc.) ou artificielles (explosions chimiques, avions, tirs de mine, etc.). Ils peuvent se propager dans l’atmosphère terrestre jusqu’à de très grandes distances, de quelques centaines à plusieurs milliers de kilomètres, et transportent des informations importantes concernant leur source. Pour cette raison, la mesure des ondes infrasonores représente aujourd’hui une des principales techniques utilisées dans le cadre du Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (TICE) pour la détection, la localisation et l’identification de sources.
La modélisation de la propagation atmosphérique des infrasons a été classiquement réalisée par des approximations géométriques, comme le tracé de rayons, ou par la résolution d’équations paraboliques. Grâce à un coût de calcul raisonnable, allant de quelques secondes à une heure, ces approches sont largement employées dans le domaine opérationnel. Leur efficience est néanmoins obtenue au détriment de la complexité physique de la propagation atmosphérique. Les avancées récentes de la simulation numérique directe en aéroacoustique rendent cependant envisageable la résolution directe des équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles, permettant ainsi de décrire sans approximation la propagation infrasonore.
Dans la présente thèse, trois objectifs principaux ont été poursuivis. En utilisant une méthode de tracé de rayons, une caractérisation des effets non linéaires, visqueux, thermiques et de relaxation sur les ondes infrasonores produites par des sources explosives a été d’abord effectuée.
La propagation non linéaire des signaux infrasonores dans l’atmosphère terrestre a été ensuiteexaminée à l’aide de simulations tridimensionnelles directes des équations de Navier-Stokes instationnaireset compressibles. Des sources de très grande amplitude et de fréquence de l’ordre de 0.1 Hz ont été considérées. Les calculs ont été menés jusqu’à des distances de propagation de plusieurs centaines de kilomètres et jusqu’à des altitudes de l’ordre de 140 km. Une étude détaillée de la diffusion par les petites échelles de l’atmosphère a été effectuée. Une première analyse de la pénétration en zone d’ombre provoquée par des phénomènes de diffraction au niveau des caustiques a été également réalisée. Des cas test bidimensionnels ont été enfin formulés et des solutions de référence ont été déterminées afin de permettre la validation numérique de codes de calcul et l’évaluation des erreurs commises par les approximations usuelles.

Agenda

  • Lundi 30 janvier 10:00-12:00 -

    Soutenance de thèse ECL : Roberto Sabatini

    Lieu : Amphi 201


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