Etude des milieux granulaires secs et mouillés à l'aide des ondes ultrasonores

Ce travail de these traite de la propagation des ondes elastiques dans les milieux granulaires denses sous contrainte. Elles permettent de sonder de maniere non invasive la structure, les proprietes viscoelastiques et les comportements non lineaires des reseaux de forces de contact dans un tel milieu. Dans une premiere partie, nous rappelons quelques resultats concernant la propagation lineaire d'ondes ultrasonores dans les materiaux granulaires (modes effectifs coherents, diffusion multiple des ondes elastiques). Nous montrons alors comment extraire les modules elastiques a l'aide des ondes coherentes et la dissipation interne a l'aide des ondes multiplement diffusees. En particulier,l'etude de l'influence de la presence d'un fluide interstitiel en tres faible quantite (< 0,1%) et l'influence de l'etat de surface des billes, sur les proprietes viscoelastiques de milieux granulaires secs et mouilles, nous permet d'identifier deux mecanismes de dissipation : frictionnelle et visqueuse. Enfin, nous nous interessons au regime de propagation non lineaire des ondes elastiques dans les milieux granulaires. Apres avoir caracterise experimentalement l'elasticite non lineaire hertzienne reversible du materiau granulaire par la generation d'harmoniques superieures, nous discutons un resultat original sur les processus d'interaction irreversibles onde-matiere granulaire lies aux non linearites hysteretiques de type Mindlin entrainant une nette diminution du module elastique du materiau granulaire et des micro-rearrangement a l'echelle des asperites de grains