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Arthur AUBERTIN - Soutenance de thèse MINES ParisTech

Soutenance de thèse de Arthur AUBERTIN

Réseau acoustique de communication bidirectionnelle ultrasonore efficace en milieu fermé

Titre anglais : Bidirectional, ultrasound and effective communication of an acoustic array in a closed environment
Date de soutenance : mardi 11 mai 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech 60, boulevard Saint-Michel 75272 Paris - amphithéâtre Poincaré
Directeur de thèse : Pierre JOUVELOT
Codirecteur : Julien De Rosny

devant le jury composé de :

Christophe LAOT Professeur IMT Atlantique Rapporteur
Éric BAVU Professeur Conservatoire national des arts et métiers  Rapporteur
Régis MARCHIANO Professeur Sorbonne Université Examinateur
Dinh-Thuy PHAN-HUY Ingénieur Orange  Examinateur
Pierre JOUVELOT Directeur de recherche MINES ParisTech Examinateur
Julien DE ROSNY Directeur de recherche ESPCI Paris - Institut Langevin Examinateur

Mots clés en français : Acoustique,Miroir à renversement du temps,Ultrasons proches,Chirp,Expérimental,Antenne
Mots clés en anglais : Acoustic,Time-Reversal Miror,Near Ultrasound,Chirp,Experimental,Array

Résumé de la thèse en français
L'objectif principal de ces travaux de recherche est l'étude de faisabilité de l'application de capteurs multi­éléments ul­trasons à un domaine de fréquence dans lequel ils ne sont pas utilisés, les ultrasons basses fréquences compris dans l'intervalle [18 kHZ; 25 kHz]. L'originalité de ce travail de recherche réside également dans son domaine d'application, la communication aérienne mobile par ultrasons basses fréquences à l'aide de réseaux multi­éléments. La société Stimshop utilise actuellement une technologie brevetée de communication ultrasonore qui utilise la modulation par chirp, aussi appelée modulation linéaire de fréquence, développée par Romain Deprez, chercheur en acoustique et traitement du signal, anciennement employé dans l'entreprise. Ce procédé permet d'obtenir un signal stable et efficient, à savoir présentant une bonne résistance aux interférences ainsi qu'une plus grande portée de transmission à énergie d'émission constante qu'avec une méthode classique. Afin d'évaluer quels types de modulations et formes du signal seraient les plus adaptés à ce travail de recherche, des simulations pourront êtres réalisées à partir des différentes recherches menées ces dernières années dans le domaine de la communication dans l'air par ultrasons. Une fois le signal défini, la question dès lors est de savoir comment maîtriser sa propagation à l'aide d'un capteur multi­éléments, afin de contrôler la directivité et la focalisation du signal. On doit donc réaliser un travail préalable de choix du dispositif d'émission, un capteur multi­éléments, en s'appuyant sur la re­cherche dans la communication, dans le contrôle non­destructif, dans l'offre des capteurs et concepts électromagnétiques transposables à l'acoustique, mais également dans le domaine de l'acoustique audible, ainsi que sur des brevets. À partir de ces recherches, un émetteur ultrasonore multi­éléments basses fréquences pourra être conçu et étudié. La composition et le fonctionnement du dispositif de communication seront étudiés et expérimentés, de même que la capacité à transmettre de l'information. Ces résultats pourront être éprouvés dans des applications de transmission de données dans des environnements réelles et contraints. La possibilité de l'utilisation d'un tel système, auquel est intégré un smart­ phone, comme mono­élément récepteur, dont les parties émettrice et réceptrice sont non­co­localisée, sera également étudiée.

Résumé de la thèse en anglais
The main objective of this research is the feasibility study of the application of ultrasonic phased array sensors to a frequency domain in which they are not used, low frequency ultrasound in the interval [18 kHZ; 25 kHz]. The originality of this research work also lies in its field of application, mobile air communication by low­frequency ultrasound using multi­ element array. Stimshop currently uses a patented ultrasonic communication technology that uses chirp modulation, also called linear frequency modulation, developed by Romain Deprez, researcher in acoustics and signal processing, formerly employed in the company. This method makes it possible to obtain a stable and efficient signal, namely exhibiting good resistance to interference as well as a greater transmission range at constant emission energy than with a conventional method. In order to assess which types of modulations and forms of the signal would be the most suitable for this research work, simulations could be carried out from the various researches carried out in recent years in the field of communication in air by ultrasound. Once the signal has been defined, the question then is how to control its propagation using a multi­element sensor, in order to control the directivity and the focusing of the signal. We must therefore carry out prior work on the choice of the emission device, a multi­element sensor, based on research in communication, in non­destructive testing, in the offer of electromagnetic sensors and concepts that can be transposed to acoustics, but also in the field of audible acoustics, as well as on patents. From this research, a low­frequency multi­element ultrasonic transmitter can be designed and studied. The composition and functioning of the communication device will be studied and tested, as well as the capacity to transmit information. These results can be tested in data transmission applications in real and constrained environments. The possibility of using such a system, in which a smartphone is integrated, as a single receiving element, of which the emitting and receiving parts are not co­located, will also be studied.

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