interaction fluide-solide isotrope

INTERACTION D'UNE ONDE PLANE MONOCHROMATIQUE OBLIQUE AVEC UNE INTERFACE FLUIDE/SOLIDE ISOTROPE

Animations

page des animations - acoustique

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ici : Catherine Potel (Université du Maine) et Philippe Gatignol (Université de Technologie de Compiègne)

Voir les transparents associés au chapitre 8 du cours d'acoustique dans les solides isotropes

L'interaction d'une onde plane oblique avec une interface séparant un milieu fluide d'un milieu solide isotrope provoque une onde réfléchie dans le milieu fluide et deux ondes transmises dans le milieu solide : une onde longitudinale L (les particules vibrent dans la direction de propagation de l'onde) et une onde transversale verticale TV (les particules vibrent dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde).	Le champ total dans le milieu fluide, somme du champ incident et du champ réfléchi, a toujours un caractère stationnaire dans la direction perpendiculaire à l'interface (suivant x₃), et un caractère propagatif dans la direction de l'interface (suivant x₁). <_cL<_cT Le champ total dans le milieu solide est la somme du champ longitudinal et du champ transversal, chacun se propageant suivant sa direction de propagation respective.
En général, la vitesse de propagation c_f des ondes dans un fluide est inférieure à celle des ondes dans un solide, et donc c_f<c_T<c_L où c_L et c_T sont les vitesses des ondes longitudinales et transversales respectivement. Dans ce cas, il existe deux angles d'incidence notés respectivement _cL et _cT tels que sin _cL = c_f/c_L et sin _cT = c_f/c_T , et appelés respectivement 1er et 2ème angles critiques pour l'interface considérée. - Lorsque <_cL<_cT , les deux ondes transmises sont toutes les deux propagatives. - Lorsque _cL< <_cT , l'onde transmise longitudinale est évanescente et l'onde transmise transversale est propagative. - Lorsque >_cT >_cL , les deux ondes transmises sont évanescentes. Le coefficient de réflexion dans le milieu fluide devient alors égal à 1 en module (réflexion totale), mais il y a toujours présence d'énergie acoustique dans le milieu solide. Une onde transmise évanescente se propage parallèlement à l'interface, tandis que son amplitude décroît de manière exponentielle en fonction de la profondeur (lorsque x₃ augmente), perpendiculairement à l'interface.	_cL<<_cT >_cT >_cL
Les cartographies ci-dessous représentent en niveaux de couleurs l'amplitude de la partie réelle de la projection sur l'axe x₃ du vecteur contrainte (T₃₃) ce qui, dans le milieu fluide, correspond à l'opposé de la pression acoustique (rouge = maximum, bleu = minimum). Les traits obliques noirs symbolisent les rayons incident, réfléchi et transmis tels que prévus par les lois de Snell-Descartes. Ainsi, lorsque les ondes transmises sont propagatives (<_cL<_cT), chacune se propage dans la direction de son rayon transmis, cette direction étant bien perpendiculaire aux plans d'onde.
Angle d'incidence inférieur aux deux angles critiques <_cL<_cT .
Onde transmise longitudinale seule <_cL<_cT	Onde transmise transversale seule <_cL<_cT
Somme du champ longitudinal et du champ transversal (en transmission) <_cL<_cT
Angle d'incidence compris entre les deux angles critiques _cL<<_cT .
Onde transmise longitudinale seule _cL<<_cT .	Onde transmise transversale seule _cL<<_cT .
Somme du champ longitudinal et du champ transversal (en transmission) _cL<<_cT .
Angle d'incidence supérieur aux deux angles critiques _cL<_cT <.
Somme du champ longitudinal et du champ transversal (en transmission) _cL<_cT <.