L’atténuation des ondes sismiques en utilisant des métamatériaux - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Seismic waves attenuation using metamaterials

L’atténuation des ondes sismiques en utilisant des métamatériaux

Résumé

To protect existing structures, designed before the implementation of seismic standards, from seismic risk, a promising strategy is to reduce the amplitude of seismic waves striking structures by locally treating the subsoil to modify its mechanical characteristics. Thus, it is possible to modify the seismic energy distribution for certain frequency ranges and thus limit the damage to structures. However, to measure the effectiveness of such a protection system, it is necessary to study the wave diffraction phenomena within and at the boundaries of a bounded domain made of periodic material, which is the main subject of this thesis. In the thesis, a semi-analytical approach is developed to determine the case of an unpolarised wave arriving at a plane interface between a homogeneous material and a periodic laminated material. Then, it is proposed to extend these results to more complex cases (polarized waves, 3D transition). In parallel, a numerical analysis of primitive cells based on Bloch's wave theory is performed to obtain the behaviour of an infinite periodic medium and then to analyse the influence of geometrical parameters and material properties on the volume wave attenuation in order to choose a sizing strategy. For the study of periodic media occupying a limited domain, an approach is proposed that generalises a modal method for waveguide analysis. It allows to better characterize the propagation modes in the limited periodic medium and to numerically quantify the size of the latter on the attenuation and modeling of the wave initially predicted in the same but infinite medium. Finally, a reduced ground model is instrumented and leads to the first experimental results to be compared with the theoretical and numerical analysis.
Afin de protéger les structures existantes, conçues avant la mise en place des normes parasismiques, du risque sismique, une stratégie prometteuse est de réduire l'amplitude des ondes sismiques arrivant au niveau des ouvrages en traitant localement le sous sol pour en modifier ses caractéristiques mécaniques. Il est alors possible de modifier la distribution d’énergie sismique pour certaines gammes de fréquences et ainsi limiter les dégâts sur des ouvrages. Or, pour mesurer l’efficacité d’un tel système de protection, les phénomènes de diffraction d’ondes à l’intérieur et aux frontières d’un milieu périodique borné doivent être correctement modélisés, ce qui constitue le sujet principal de cette thèse. Dans la thèse, une approche semi-analytique est d’abord développée pour déterminer le cas d’une onde non polarisée arrivant à une interface plane entre un matériau homogène et un matériau stratifié périodique. Ensuite, des pistes sont proposées pour étendre ces résultats à des cas plus complexes (ondes polarisées, passage en 3D). En parallèle, une analyse numérique des cellules primitives basée sur la théorie des ondes de Bloch est réalisée pour obtenir le comportement d’un milieu périodique infini et ainsi analyser l’influence de paramètres géométriques et de propriétés des matériaux sur l’atténuation des ondes de volume dans l’optique de choisir une stratégie de dimensionnement. Pour l’étude des milieux périodiques occupant un domaine borné, une approche généralisant une méthode modale d’analyse de guide d’onde est proposée. Elle permet de mieux caractériser les modes propagatifs dans le milieu périodique borné et quantifier numériquement la taille de ce dernier sur l’atténuation et le filtrage d’ondes initialement prévus dans le même milieu mais infini. Enfin, un modèle réduit de sol est instrumenté et conduit à de premiers résultats expérimentaux à comparer à l’analyse théorique et numérique.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03551871 , version 1 (02-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03551871 , version 1

Citer

Michaël Darche. L’atténuation des ondes sismiques en utilisant des métamatériaux. Génie civil. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPAST030⟩. ⟨tel-03551871⟩
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