Chercheur postdoctoral au sein de l'Institut Jean le Rond d'Alembert (Sorbonne Université, CNRS UMR 7190), je travaille en résidence au sein du PIMM à temps complet. Mes principales thématiques de recherche sont à l'interface des activités de l'équipe DYSCO dont je suis membre et de l'équipe LASER. Je m'intéresse en effet aux ondes de chocs générées par ablation laser dans les solides, tant d'un point de vue fondamentale qu'appliqué.

     Thématiques de recherches actuelles

Mes travaux de recherche au sein du PIMM sont centrés sur le thème des ondes de choc. Ces travaux comprennent des approches fondamentales sur le comportement de ces ondes mais également des réalisations pratiques vis-à-vis de leurs applications.

               Comportement des ondes de chocs

L'acoustique est un domaine de recherche au sein duquel on ne considère que de petites fluctuations des propriétés du milieu. Lorsque que deux ondes acoustiques se croisent, les perturbations mutuelles de ces ondes sont faibles et très souvent négligeables. Toutefois, les ondes de choc ne sont pas de simples ondes et constituent des discontinuités des grandeurs thermodynamiques du milieu se propageant avec une vitesse supérieure à la vitesse du son dans le milieu. Ces ondes particulières sont fortement dépendantes des propriétés du milieu et notamment ces propriétés non-linéaires.

C'est l'histoire d'une onde acoustique qui rencontre une onde de choc ... ah ... vous la connaissez déjà ?

Si l'amplitude de l'onde de choc est suffisamment importante, la rencontre avec une onde acoustique n'est pas sans conséquences et ce problème peut être résolu analytiquement. Si l'onde acoustique peut perturbée le choc, c'est surtout ce dernier qui peut modifier les propriétés de l'onde acoustique. Fréquence, amplitude ou encore nombre d'onde sont affectés selon l'intensité du choc, les propriétés du milieu ou encore l'angle d'incidence !

En raison de leur caractère non-linéaire, le comportement des ondes de choc peut également être contre-intuitif lors de multiples situations telle que la réflexion au niveau d'une interface libre. Comme toute onde non-linéaire, lors d'une telle réflexion, au niveau de l'interface, l'angle incidence et l'angle de réflexion peuvent différer. Selon les propriétés non-linéaires élastiques du milieu mais surtout dans le cas d'un angle d'incidence important, un régime différent de réflexion peuvent être observé. Le choc ne se réfléchit plus au niveau de l'interface mais d'un point légèrement décalé de l'interface. Une troisième onde, appelée pied de Mach, apparaît entre l'interface et le point de réflexion nommé point triple. Observé dans différents fluides, ce régime reste à être identifier au sein de solides et fait l'objet d'études expérimentales au sein du PIMM. La génération d'ondes de choc au sein de milieux notamment métalliques se fait par ablation laser tandis qu'un second système optique permet de réaliser de la vélocimétrie sur les parois du solide.

               Applications des ondes de chocs

Si certaines questions sont encore ouvertes concernant le comportement des ondes de chocs, celles-ci trouvent tout de même leur utilité pour de nombreuses applications. La propagation d'ondes de chocs se traduit par une compression ou une traction importante au sein du milieu. Lors de sa propagation, l'onde de choc peut être la raison pour des endommagements, des contraintes résiduelles ou des délaminages au sein de milieux complexes. De plus, la génération par ablation laser étant une technique largement maîtrisée, des études de résistance tant qualitatives que quantitatives peuvent être réalisées. 

Aluminium et polymère couvert d'aluminium présentant des marques d'ablation, posé sur un composite aéronautique

Les ondes de choc s'avèrent donc de parait candidates pour évaluer les propriétés mécaniques de matériaux composites. L'adhésion entre la matrice et le squelette de ces matériaux est notamment source de nombreuses questions. Toutefois, ces études sont largement destructives. L’interaction entre les conséquences des ondes de chocs et des ondes acoustiques telles que ondes guidées (ondes de Lamb notamment) est un sujet d'étude.

     Parcours et recherches passées

               Acoustique picoseconde et nano-résonateurs

Avant de rejoindre l'Institut Jean le Rond d'Alembert et le PIMM, j'ai réalisé une thèse au sein de l'Institut des Nanosciences de Paris (Sorbonne Université, CNRS UMR 7588). J'y ai réalisé une thèse en Sciences Mécaniques, Acoustique, Électronique et Robotique (ED 391) au sein de l'équipe Acoustique pour les nanosciences. Mes travaux de thèse étaient centrées sur l'utilisation d'une technique appelée Acoustique Picoseconde appliquée à des nano-résonateurs dans un contexte d'imagerie acoustique.

Nanodisque (Diamètre 3.4µm, épaisseur 100nm) en suspension - Sonde AFM - Nanofil (Diamètre 200 nm) surplombant une tranchée

L'acoustique picoseconde repose sur l'utilisation d'impulsions laser extrêmement brèves (de l'ordre de 100 fs) pour générer des ondes élastiques par génération thermoélastique. Les ondes générées peuvent atteindre des fréquences dans le domaine des GHz, soit des longueurs d'onde nanométriques. Ce type d'ondes permet l'étude de systèmes de dimensions similaires telles que des nanoparticules ou des multi-couches. Cette technique d'imagerie présente toutefois quelques limitations : la taille des faisceaux laser employés pour générer et détecter les ondes élastiques. Les diamètres de ces faisceaux ne peuvent pas être réduit au-delà du micromètre en raison de la diffraction de la lumière. Cela conduit à une homogénéisation des propriétés mesurées, limitant la résolution accessible.

Mes travaux de thèse ont été focalisés sur le couplage entre l'acoustique picoseconde et des résonateurs de tailles nanométriques afin d'obtenir une nouvelle technique d'imagerie profitant de meilleurs résolutions. Différentes approches ont été considérées, à base de particules ou en utilisant des sondes AFM par exemple.