La diffusion des ondes dans les milieux désordonnés est un sujet interdisciplinaire d’une grande importance pratique dans des domaines aussi variés que la physique de la matière condensée, l’optique, la sismologie, l’imagerie médicale, etc. Dans beaucoup de situations les différents types d’ondes (les « ondes de Schrödinger » décrivant les particules quantiques, la lumière, le son, les ondes sismiques, etc.) présentent un comportement très similaire lorsqu’elles se propagent dans un milieu hétérogène désordonné. Les phénomènes dits mésoscopiques qui proviennent des interférences des ondes diffusées, rendus possibles par la cohérence de phase que les ondes conservent malgré le désordre, sont particulièrement intéressants. Les phénomènes mésoscopiques en diffusion d’ondes sont vitaux pour de nombreuses applications pratiques, telles que l’électronique miniaturisée moderne, l’imagerie médicale et sismique, et la caractérisation non destructive de matériaux d’importance industrielle.

Nous proposons ici d’étudier la diffusion multiple des ultrasons par un banc dense de poissons confiné dans une grande cage d’une ferme marine. Il s’avère que les poissons peuvent diffuser très fortement le son, ce qui permet d’obtenir un libre parcours moyen de diffusion (= une distance entre les diffusions successives) comparable à la longueur d’onde de l’ultrason. Cela ouvre des perspectives pour atteindre la localisation d’Anderson du son [1].

La forte diffusion permet d’observer des phénomènes mésoscopiques tels que la rétrodiffusion cohérente, les corrélations du champ et de l’intensité, les fluctuations de la densité locale d’états, etc. [1, 2] et motive le premier objectif de cette thèse : étudier les effets d’interférence mésoscopique dans la diffusion multiple à partir du champ d’onde enregistré sur un réseau ultrasonore 3D. D’autre part, nous proposons d’utiliser les propriétés statistiques de l’ultrason diffusé pour sonder et surveiller le comportement des poissons dans un grand banc. Ce deuxième objectif de la proposition de thèse est motivé par des applications potentielles dans la science du comportement animal et dans l’industrie de l’aquaculture. Des résultats préliminaires peuvent être trouvés dans l’article [3].

Les corrélations spatiales et temporelles de l’ultrason diffusé contiennent des informations sur la taille et le nombre de poissons dans le banc, ainsi que sur leur mouvement collectif. Extraire cette information est un problème inverse redoutable que nous cherchons à résoudre.

Ce projet combine une activité expérimentale avec le traitement avancé des données, le développement d’outils théoriques dans le domaine de la diffusion des ondes, et les simulations numériques. Le candidat retenu devrait avoir de solides connaissances en physique mathématique et être ouvert à la découverte de liens nouveaux et inattendus entre la physique et les sciences de la vie. Il participera à la conception et à la réalisation d’expériences, à la formulation de modèles mathématiques pour décrire les données acquises, à la simulation numérique de l’expérience et à la rédaction d’articles scientifiques pour des revues spécialisées.

1. B. Tallon, P. Roux, G. Matte, J. Guillard, and S.E. Skipetrov, Mesoscopic wave physics in fish shoals, AIP Advances 10, 055208 (2020)
2. B. Tallon, P. Roux, G. Matte, J. Guillard, J.H. Page, and S.E. Skipetrov, Ultra slow acoustic energy transport in dense fish aggregates, Sci. Rep. 11, 17541 (2021)
3. B. Tallon, P. Roux, G. Matte, J. Guillard, and S.E. Skipetrov, Acoustic density estimation of dense fish shoals, J. Acoust. Soc. Am. 148, EL234 (2020)
 

Updated on 10 September 2024