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Réflexion de von Neumann
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Mise en évidence de la réflexion de von Neumann dans les solides par ondes de choc laser
En raison de leurs non-linéarités intrinsèques, les ondes de chocs peuvent présenter un certain nombre de caractéristiques uniques vis-à-vis des autres ondes élastiques plus classiques. C'est particulièrement vrai lorsque l'on s'intéresse au régimes de réflexions sur les interfaces. La réflexion de von Neumann est l'un de ces régimes particuliers. Il s'observe lorsqu'une onde de choc faible arrive avec une incidence oblique sur une interface rigide libre. Dans ce cas particulier, la réflexion n'a pas lieu directement sur l'interface mais à proximité, les deux angles (incident et réfléchi) sont différents et une onde troisième onde appelée pied de Mach apparaît et se propage le long de l'interface. Observée et simulée dans les fluides, ce régime de réflexion particulier n'a pas été étudié dans les solides.
Dans cet objectif, une onde de choc faible est générée dans le milieu de choix (aluminium ou titane principalement) par ablation laser. Un second montage optique est focalisé sur la seconde interface où se produit la réflexion. Par vélocimétrie, il est possible de mesurer la déformation de cette frontière lorsque l'onde de choc l'atteint. La vitesse mesurée peut être directement liée à la pression locale. En suivant l'évolution de la pression mesurée selon différents paramètres (angle d'incidence, amplitude de l'onde de choc, matériau, ...), il est possible de mettre en évidence un comportement non linéaire de l'onde de choc au niveau de l'interface et tout particulièrement d'identifier le régime de von Neumann.
Ce stage s'intègre dans un projet ANR intitulé LASERSHOWS au sein duquel on s'intéresse aux comportements particuliers des ondes de choc faibles. Le candidat participera au déroulement de la campagne de mesure, depuis la conception des échantillons jusqu'au traitement des signaux. Ce stage est essentiellement expérimental mais une partie simulation peut être intégré selon les envies du candidat. Il s'adresse principalement à des étudiants en seconde année de master ou en fin de cycle ingénieur et ayant été formé en acoustique, optique, physique ou dans un domaine proche. Pour plus d'informations, veuillez trouver ci joint une fiche descriptive du stage (en anglais) et n'hésitez pas à me contacter (ronan.delalande@ensam.eu).
Von Neumann reflection in solid evidenced using laser-generated shock
Due to their intrinsic non-linearity, shock waves may display unique features. In particular, in case of an oblique reflection on a rigid interface, Snell-Descartes laws are no more satisfied by the wave. Depending on the incidence angle and shock amplitude, incident and reflected angles are different and reflected shocks can merge away from the reflection surface, at a particular position called the triple point, connected to the reflecting surface by a third wave called Mach stem. Such typical behavior has been extensively observed and investigated in air, with a few observations in water. However, in case of solids, it is only hypothesized that such nonlinear reflection of a weak shock wave occurs. The objective of the internship is to demonstrate this for the first time in solids.
For this purpose, shock wave are generated in well-known metallic samples (Al, Ti) by laser ablation. A second, low-intensity, laser can be focused at the precise position at which this shock wave will reflect on a free surface. Optical interferometry then allows to determine the velocity of this interface, when twisted by the shock wave. Linear acoustics would lead to a doubling of the incident velocity at this interface. On the contrary, nonlinear reflection of a weak shock is expected to lead to a much more complex behavior. The proposed experiment will monitor this behaviorby varying the control parameter for different laser amplitudes, angles of incidence and materials.
Applicant will be the main protagonist of our next experimental campaign, from sample conception to data analysis. This internship will be part of ANR-funded project LASERSHOWS. Experimental work represent the main part of this internship but a simulation component could be added. It is mainly dedicated to master 2 or last year of engineering schoool student trained in acoustics, mechanics, optics, physics or a close related field. More information can be found in the joint descriptive file or by contacting me (ronan.delalande@ensam.eu)