Thèse Interactions Entre Bulles et Ondes Acoustiques en Environnement Complexe H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique Direction de la thèse : Emmanuel BOSSY ORCID 0000000281018290 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-12T23:59:59 Les bulles d'air dans l'eau sont d'excellents résonateurs acoustiques. Cette propriété permet notamment aux bulles d'agir comme agents de contraste dans diverses applications biomédicales. Cependant, les bulles sont intrinsèquement difficiles à manipuler, ce qui entrave l'étude de leurs propriétés à l'échelle de la bulle individuelle. Ces dernières années, une approche novatrice a été introduite dans notre laboratoire : le piégeage de bulles d'air individuelles dans des cages fabriquées à l'aide de la technologie d'impression 3D. Cette stratégie permet un contrôle sans précédent sur la position des bulles d'air dans l'eau. Dans ce projet, nous utiliserons cette approche pour étudier un angle mort de la littérature acoustique : l'influence de l'environnement diffusant sur la largeur spectrale des bulles résonnantes.

Le premier objectif du projet consistera à mesurer la largeur spectrale d'une bulle piégée en l'absence de tout environnement diffusant. Cette situation simple est déjà difficile à mettre en oeuvre expérimentalement en raison de la taille de la cuve nécessaire pour éviter les réflexions indésirables (plusieurs mètres pour une bulle de taille millimétrique). À cette fin, nous construirons un dispositif de mesure portable et effectuerons des mesures dans une grande piscine. Les résultats seront comparés aux prédictions théoriques prenant en compte l'amortissement radiatif, thermique et visqueux. Le deuxième objectif portera sur l'étude de la largeur spectrale d'une bulle piégée dans une cavité résonante (taille de cuve de quelques dizaines de centimètres pour une bulle millimétrique). Cela nous permettra de caractériser précisément l'interaction entre la bulle et le mode de cavité d'ordre le plus bas. Nous pourrons notamment exploiter des modèles théoriques existants, fondés sur l'analogie entre les expériences acoustiques impliquant des bulles résonnantes et les expériences d'optique quantique mettant en jeu des atomes froids. Le troisième objectif visera à développer un nouveau type de microscope acoustique en champ proche à balayage, utilisant une bulle comme sonde. Cette idée a récemment été introduite dans notre laboratoire, mais le contraste de l'appareil actuel repose exclusivement sur les variations de la fréquence de résonance. Le dispositif qui sera construit dans le cadre de ce projet permettra de mesurer et d'interpréter correctement les variations de la largeur spectrale de la résonnance, afin de sonder de nouveaux types de matériaux diffusants complexes, comme les tissus mous absorbants.

Les expériences mentionnées ci-dessus concernent des bulles uniques résonnant dans divers environnements. Une extension possible de ces idées consisterait à étudier les phénomènes d'émission collective qui émergent lorsque plusieurs bulles interagissent au sein d'environnements diffusants complexes. De telles expériences pourraient apporter des éclairages conceptuels intéressants sur l'analogie entre l'acoustique et l'optique. Elles pourraient également servir de point de départ à la création de nouveaux types de métamatériaux acoustiques.
Ce projet de thèse s'inscrit dans les thématiques 'Ondes en milieux complexes' et 'Imagerie acoustique' de l'équipe 'Imageries, Ondes et Vivant' (IMOV, anciennement OPTIMA) au sein du LIPhy (Laboratoire Interdisciplinaire de Physique).

Le candidat ou la candidate doit être titulaire d'un Master en physique ou en ingénierie. Il/elle doit être motivé.e pour (i) apprendre de nouveaux concepts en physique et (ii) les appliquer pour le développement expérimental d'un nouveau type de microscope ultrasonore.