Le fort niveau de bruit (plus de 100dBA) présent dans une cabine d'hélicoptère est très inconfortable pour l'équipage et les passagers. Le niveau de bruit en cabine est aujourd'hui un critère de vente primordial pour les constructeurs aéronautiques. Bien souvent, et sur la flotte des aéronefs existants, il n'est pas possible de remédier de façon passive aux problèmes de bruit. Dans le cas étudié de l'hélicoptère, les vibrations du support du rotor principal sont contrôlées activement à l'aide d'un ensemble d'actionneurs à empilements piézocéramiques. En effet, c'est l'énergie vibratoire du toit qui est ensuite transmise sous forme d'énergie acoustique en cabine, et donc en bruit inconfortable pour les passagers. Cette énergie vibratoire se propage de la transmission au toit par les supports de transmission. Un actionneur de contrôle à empilement a été développé et validé à cet effet. Cet actionneur se doit d'être à la fois résistant aux efforts de traction subis par la structure en vol et facilement intégrable à la structure existante, tout en remplissant complètement sa fonction dans un système de contrôle actif. Plusieurs modélisations ont été effectuées pour développer cet actionneur, puis validées expérimentalement. La théorie d'un empilement de céramiques piézoélectriques a été étudiée afin d'aboutir à la conception d'un actionneur à empilement précontraignable et vissable sur une structure à contrôler. Le comportement de l'actionneur développé a été étudié dans le cas où il est vissé sur une poutre simple de section rectangulaire pour des cas de flexion et d'extension. Un modèle analytique simplifié de la poutre surmontée de l'actionneur a été developpé puis confronté à un modèle par éléments finis qui prend en compte la géométrie exacte de l'actionneur et utilise une analogie thermoélectrique pour la représentation des potentiels électriques appliqués à l'actionneur. Pour la flexion, ces deux modèles ont été par la suite comparés à des résultats expérimentaux obtenus par vibrométrie laser, et ont permis de les valider. Une optimisation de certains paramètres de l'actionneur a permis de montrer qu'il est possible de tirer les meilleures performances de l'actionneur en respectant certaines conditions. Une simulation de contrôle actif optimal a également été faite pour l'actionneur à empilement en comparaison d'un actionneur collé employé précédemment. L'action passive de l'actionneur à empilement s'est vu que peu influençable sur la structure à contrôler. Un système de quatre actionneurs a finalement été positionné sur le modèle par éléments finis du support réel de la transmission de l'hélicoptère. Une simulation de contrôle optimal a également été possible et a permis de mettre en avant une méthode par superposition des résultats pour contourner les limitations du logiciel d'éléments finis.

La réduction du bruit rayonné par une paroi est une préoccupation pour toutes les applications où un fort bruit peut être transmis par le biais d’une cloison. Dans de tels cas, on peut faire appel à des méthodes de contrôle actif vibro-acoustique pour injecter (ou "absorber") de l’énergie vibratoire dans la paroi dans le but d’en réduire le rayonnement acoustique. Dans le cas du contrôle actif vibratoire décentralisé, la mise en oeuvre demande l’installation de plusieurs unités actionneur/capteur co-localisés indépendantes qui sont réparties sur la surface. L’utilisation d’un sensori-actuateur – transducteur qui peut actionner et mesurer simultanément – est intéressante pour obtenir une co-localisation parfaite. La réalisation par un piézoélectrique assure en plus la dualité des variables d’entrée et de sortie ce qui permet de créer un port Hamiltonien sur la structure. Le défi est la conception d’une électronique et d’un algorithme de compensation capable d’isoler explicitement la partie du courant électrique mesuré par le sensori-actuateur, qui correspond à la vibration globale de la structure à laquelle il est couplé. Ce dernier n’étant qu’une fraction du courant qui traverse le piézoélectrique, qui inclut aussi un courant dû au fonctionnement électrique du sensori-actuateur et un courant découlant d’une déformation locale non liée à la vibration globale et au rayonnement acoustique de la structure. L’objectif de ce mémoire est de présenter la conception et la validation d’un sensori-actuateur piézoélectrique pouvant être utilisé pour faire du contrôle actif harmonique de vibrations d’une plaque. Le circuit électronique du sensori-actuateur est d’abord présenté, de même que la démarche pour le choix des composants. Puis, le courant mesuré à l’aide de ce circuit est validé en regard du courant théorique attendu. Une correction dans le domaine fréquentiel du courant mesuré est proposée afin d’isoler la partie du courant correspondant à la vibration globale de la plaque. Cette correction est obtenue expérimentalement et son efficacité a été vérifiée par une mesure de la vitesse transversale de la plaque à la position du sensori-actuateur. Ce sensori-actuateur a ensuite été utilisé comme transducteur lors d’essais de contrôle actif de vibrations. Les performances d’atténuation des vibrations obtenues ont été au moins comparables à ce qui est obtenu avec l’utilisation d’un couple actionneur/capteur co-localisés. La nécessité de tenir compte de l’effet local du piézoélectrique sur la structure a aussi été mise en évidence. L’originalité du sensori-actuateur piézoélectrique présenté ici tient du fait que la compensation complète du signal est toute numérique et appliquée en temps réel.

Les mousses actives sont des solutions composites de contrôle du bruit qui combinent les avantages complémentaires du matériau en mousse passif et des actionneurs piézoélectriques répartis spatialement à l'intérieur des mousses. Une étude sur le problème de l'amélioration de l'indice d'affaiblissement des mousses actives en utilisant des stratégies de contrôle actif a été effectuée à la fois numériquement et expérimentalement à l'intérieur d'un guide d'onde sous la condition de propagation en ondes planes. Trois différents modèles de prototypes de mousse active ont été pris en compte dans les simulations par éléments finis et leur efficacité à annuler l'onde transmise en aval de la mousse active a été étudiée. Des études expérimentales afin d'optimiser l'indice d'affaiblissement des mousses actives sous une commande prédictive SISO avec un microphone unidirectionnel comme capteur d'erreur démontrent que l'efficacité du contrôle sur une large gamme de fréquences est bonne. Le problème physique de l'annulation de la propagation des ondes sonores est étudié en détail dans les simulations numériques et elles apportent un éclairage précieux sur l'altération de la réponse vibratoire de l'actionneur piézo-électrique de la mousse active sous contrôle optimal.Les résultats des simulations ont aussi contribué à l'identification de stratégies de contrôle-de rechange pour l'atténuation de l'onde sonore transmise à l'aide de la réponse sensorielle de l'actionneur distribué. On peut pour cela remplacer éventuellement l'utilisation de microphones en champ lointain et ainsi améliorer notablement la compacité du système de contrôle actif. La réponse sensorielle d'un piezo-actionneur, en raison de sa déformation mécanique est indépendante de la réponse de sa charge totale, avec la compensation analogique-numérique hybride de la"capacite feedthrough" de l'actionneur, à l'aide d'un algorithme adaptatif. Cette charge mécanique de réponse s'est revélé être une bonne approximation de la vitesse radiale du volume de l'actionneur, et peut être utilisée comme signal d'erreur pour maximiser l'indice d'affaiblissement du système de mousse active. En outre, elle a été utilisée dans l'absorption et les problèmes de contrôle TL, fonctionnant sur une erreur de stratégie virtuelle de détection, et a produit les résultats souhaités sur une large plage de fréquences. Le succès du principe capteur/actionneur dans les problèmes de contrôle actif du bruit peut donner des améliorations importantes en termes de positions et de configurations de capteurs d'erreurs associés aux systèmes de contrôle actif.

Cette thèse a pour objectif de mettre en oeuvre un système de contrôle actif vibratoire du rayonnement acoustique (ASAC) sur les suspensions automobile dans le but de réduire le bruit de roulement. Premièrement, un banc de test constitué d'un quart de suspension automobile, ainsi qu'un véhicule Buick Century sont instrumentés de différents capteurs et actionneurs dans le but de caractériser ces systèmes à travers des fonctions de transfert. Ces fonctions de transfert primaires (entre l'excitation de route et les différents capteurs) et secondaires (entre différentes positions possibles des actionneurs de contrôle et les différents capteurs) constituent le modèle expérimental relatif à chacun des deux montages élaborés dans notre laboratoire. Dans le but de reproduire une excitation réaliste de roulement, un véhicule Chevrolet Epica LS est instrumenté puis des tests routiers sont réalisés afin de mesurer le bruit de roulement à l'intérieur de la cabine ainsi que les accélérations injectées sur le moyeu de la roue par les irrégularités de la route. À l'aide d'un modèle inverse, les excitations en force requises pour reproduire le bruit de roulement sur le du banc de test et sur le véhicule Buick Century sont déterminées. Deuxièmement, une étude des chemins de transmission vibro-acoustiques du bruit de roulement est menée au moyen des taux de transmissibilité. Ces taux de transmissibilité sont caractérisés entre 20 et 500 Hz dans le but de déterminer les chemins dominants de propagation des vibrations injectées par les irrégularités de la route à travers les points d'ancrage entre la suspension et le châssis puis leur rayonnement à l'intérieur de la cabine. Troisièmement, un algorithme d'optimisation de la configuration (position et orientation) des actionneurs de contrôle est élaboré. Cet algorithme utilise le modèle expérimental identifié sur le banc de test et sur le véhicule Buick Century . L'algorithme conçu combine le contrôle optimal et l'algorithme génétique afin d'optimiser la position et l'orientation, de chaque actionneur de contrôle en minimisant une fonction coût. Différentes configurations de contrôle et différents objectifs de minimisation (vibrations des points d'ancrage, pression acoustique virtuelle et pression acoustique réelle à l'intérieur de la cabine) sont étudiés puis réalisés expérimentalement sur les montages afin d'évaluer la performance du contrôle actif par anticipation en fonction de leur capacité à réduire le bruit de roulement à l'intérieur de la cabine. L'implantation d'un contrôleur par anticipation FX-LMS sur la suspension avant côté conducteur sur le Buick Century en utilisant des actionneurs inertiels comme actionneurs de contrôle a mené à des atténuations de niveau de pression acoustique de plus de 10 dB sur certaines fréquences. Finalement, des conditions de roulement réalistes à 50 km/h sont simulées sur le véhicule complet Buick Century . La configuration des actionneurs de contrôle est optimisée sur chacune des quatre suspensions du véhicule. Les résultats de contrôle optimal montrent que la pressions acoustique peut être réduite globalement de plus de 17 dB(A) entre 20 et 500 Hz.Cette réduction de bruit de roulement en utilisant l'approche de contrôle vibratoire du rayonnement acoustique est globale à l'intérieur de la cabine et donc perçue par tous les utilisateurs (conducteur et passagers).

Au début du 21ème siècle, l'innovation dans le domaine des instruments de musique se fait surtout par le biais de la synthèse sonore, via des synthétiseurs et des ordinateurs. Cependant, si ces instruments permettent une création presque infinie de sons nouveaux, l'interaction entre le musicien et son instrument est bien plus pauvre qu'avec un instrument mécanique, ce qui provoque une perte d'expressivité musicale et réduit l'utilité d'une grande maîtrise du geste instrumental. Dans le but d'innover tout en conservant ce geste musical, cette thèse propose d'appliquer le contrôle actif aux instruments à vent, en particulier, sur le trombone muni d'une sourdine active et sur la clarinette basse. Son objectif est de modifier les caractéristiques des résonances des instruments à vent afin d'en modifier le son produit (hauteur, timbre) et la jouabilité. Les effets des modifications apportées aux instruments, lors de l'utilisation de deux méthodes de contrôle actif, sont observés sur l'impédance d'entrée des instruments, sur leur fonction de transfert et sur le son rayonné. Un contrôle actif par feedback simple n'utilisant que des gains et des déphasages est appliqué à la sourdine. Cela permet de modifier la fréquence et l'amortissement de sa résonance, avec pour conséquence de modifier l'impédance d'entrée du trombone, et pour l'instrumentiste de faire varier sa jouabilité. Si ce premier contrôle est simple, il ne permet pas de contrôler efficacement un système à plusieurs degrés de liberté. Le deuxième contrôle implémenté est le contrôle actif modal. Il permet, à partir d'un modèle du système à contrôler, de modifier de manière ciblée les paramètres modaux de ses résonances (amortissement et fréquence). Il est appliqué en simulation à un modèle de clarinette puis validé expérimentalement sur une "clarinette basse simplifiée". Il permet d'importantes modifications des résonances, entrainant des changements notables dans le son et l'impédance d'entrée. / The main focus of innovation in musical instrument making in the early 21st century has been sound synthesis using computers or stand-alone electronic synthesisers. However, while these tools enable the creation of a near-infinite range of new sounds, the interaction between the musician and their instrument is much weaker than with a conventional acoustical instrument. This results in a loss of musical expression and reduces the use of musical gesture. With the aim of innovating while keeping the influence of musical gesture, this thesis proposes to apply active control to musical wind instruments. In particular, active control is applied to a trombone equipped with a specially designed mute and to a bass clarinet. The aim of this work is to modify each instrument's resonance characteristics in order to change its radiated sound (pitch, timbre) and playability. The effects of two control methods on the input impedance, transfer function and radiated sound of the instruments are studied. First, a feedback control involving gains and phase shifting is applied to the trombone mute. It allows significant modification of both the frequency and the damping factor of the mute's resonance. The effects of the mute on the trombone's input impedance and playability are studied. This control is simple, but it is not efficient with more complex systems. Second, a modal control is implemented. Using a model of the system, modal active control allows the modal parameters (frequency, damping) of the system's resonances to be modified in a targeted manner. It is first applied to a modelled clarinet, then experimentally validated with a "simplified bass clarinet". Significant independent modifications of the resonances are obtained, as well as noticeable alterations of the sound and input impedance of the instrument.

The main objective of this research project is to study the feasibility and effectiveness of active structural control of car's suspension. These structural vibrations are transmitted to the chassis and radiate noise, called road noise, inside the cabin of a car. This project should lead to a reduction of the level of noise inside the vehicle. This project is accomplished in collaboration with research group AUTO 21, GM Canada and Acoustics Group of Université de Sherbrooke (GAUS). Firstly, experimental measurements of primary vibroacoustic transfer functions have been performed on a vehicle stationed. The disturbance is provided by a shaker mounted on the axis of the wheel and the measurement is taken by microphones inside the cabin. Suspension and cabin modal frequencies have been identified in the frequency band [0-500] Hz. Then, experimental measurements of secondary vibroacoustic transfer functions have been performed on the vehicle. The secondary disturbance is provided by an inertial actuator mounted at different positions and different orientations on the suspension and the measurement is taken by microphones inside the cabin. Using optimal control, an estimated value of radiated noise reduction inside the cabin has been found for different actuator configurations. Finally, Singular Value Decomposition (SVD) has been tested with experimental data in order to find an actuator configuration able to reduce radiated noise inside the cabin for minimum effort and/or minimum number of control actuators.

Les essais non destructifs (non destructive testing : NDT) et la surveillance de l'état des structures (Structural Health Monitoring : SHM) sont des approches visant à détecter l'apparition de défauts dans les structures aéronautiques. Une nouvelle approche pour ces inspections a vu le jour ces dernières années et consiste à utiliser des ondes guidées (guided wave : GW) et à observer leur interaction avec un défaut pour le détecter, le localiser et le caractériser. Cependant, l'interaction entre les différents modes qui composent l'onde propagée et les défauts peut être très complexe, car elle dépend de nombreux paramètres. Afin de caractériser l'influence de ces paramètres sur les ondes propagées, il peut être nécessaire d'effectuer un très grand nombre de mesures sur une grande variété de structures. Ainsi, il est intéressant de développer un transducteur facilement manipulable permettant la génération d'ondes guidées pures a n d'aider à l'analyse des mesures. Dans ce mémoire, un transducteur piézoélectrique mobile co-localisé est présenté pour la génération de GW dans les structures minces. Le transducteur a été conçu pour mieux caractériser le comportement des ondes dans les structures aérospatiales complexes, indépendamment de l'actionneur. À cet effet, deux transducteurs piézocéramiques minces rectangulaires identiques (PZT) ont été montés dans un système de serrage magnétique permettant ainsi la génération d'ondes guidées symétriques et antisymétriques dans la structure. Deux paires d'aimants viennent colocaliser les deux PZTs de part et d'autre de la plaque et garantissent un effort constant tout au long de la mesure entre la structure étudiée et les PZTs. La directivité de la pince est favorisée par la forme rectangulaire des PZTs, permettant ainsi la génération d'ondes planes et ainsi d'éviter la dispersion spatiale de l'énergie comme dans le cas de PZTs circulaires. La performance de la pince est évaluée par des mesures des fonctions de transfert entre la tension appliquée au PZT et la vitesse mesurée suivant les trois axes directionnels réalisées sur une grille linéaire de points. Ces mesures permettent l'extraction des caractéristiques des modes propagés en utilisant les transformées de Fourier spatiales. L'ensemble des mesures des vitesses dans le plan et hors plan est réalisé en utilisant un vibromètre laser 3-D à effet Doppler (LDV) et permet de valider le bon fonctionnement de la pince.

L'utilisation de plus en plus fréquente de matériaux composites, qui combinent une raideur importante pour une faible masse, afin d'alléger les structures aéronautiques, entraîne la dégradation des performances d'isolation acoustique aux bruits extérieurs. La plupart du temps, ces nuisances sonores sont réduites par l'installation de matériaux isolants. Ces méthodes, dites passives, deviennent inefficaces aux basses fréquences et il est possible de mettre en place un contrôle actif au moyen de transducteurs électromécaniques. Dans le but de réduire la puissance acoustique transmise à travers la double paroi aéronautique dans la cabine, des unités de contrôle composées d'un actionneur et d'un capteur colocalisé dual sont réparties sur le panneau intérieur afin d'en modifier la vibration. Cette stratégie de contrôle actif vibroacoustique permet, pour des perturbations primaires harmoniques, d'imposer localement une impédance mécanique virtuelle à la structure, au moyen d'un contrôleur décentralisé. Cependant, sans communication entre les unités, le contrôle peut difficilement minimiser un critère global comme la puissance acoustique rayonnée. Afin de calculer les impédances mécaniques virtuelles qui garantissent la minimisation de la puissance acoustique rayonnée par la structure, une approche en deux étapes est considérée : (1) la matrice diagonale des impédances mécaniques virtuelles optimales est calculée à partir de mesures acoustiques ou vibratoires de la perturbation primaire et des transferts avec les actionneurs secondaires, (2) l'objectif exprimé en terme d'impédances mécaniques virtuelles est atteint grâce à un contrôle en temps réel. Une attention particulière est portée à la comparaison de cette approche avec une stratégie classique d'amortissement actif réalisée par un contrôle par rétroaction sur la vitesse de la structure, où l'impédance mécanique virtuelle alors imposée est un réel positif. Le calcul optimal réalisé à l'issue de la première étape se faisant pour une perturbation primaire donnée, la robustesse de la méthode aux variations de la perturbation primaire est un aspect également développé dans cette étude. Des résultats théoriques et expérimentaux sont comparés dans le cas académique d'une plaque mince d'aluminium simplement appuyée et soumise à une onde plane incidente. Enfin, la méthode est appliquée au panneau intérieur d'une double paroi aéronautique, à savoir une structure courbée, en matériau composite, et composée d'un hublot. Contrairement à la majorité des études qui considèrent l'implantation d'impédances virtuelles dissipatives, il apparaît que, dans certains cas, le contrôle optimal requiert l'injection d'énergie des unités à la structure.

Le contrôle de bruit est un domaine de recherche très fertile. Que ce soit pour du contrôle actif ou passif, de nombreuses recherches sont menées pour améliorer les méthodes existantes ou pour trouver de nouveaux procédés. Ainsi, dans le domaine du contrôle actif, de nouveaux moyens de production d’anti-bruit sont développés en vue de les substituer aux duos amplificateur/haut-parleur fragiles, gourmands en énergie et encombrants. Le sujet abordé ici est la conception et la réalisation d’un prototype capable de générer de forts niveaux de bruit à partir d’une source d’écoulement d’air à fort débit. Le prototype servira ensuite de source pour le contrôle actif du bruit d’un ventilateur. Pour atteindre ces performances, un design simple a été développé : l’obstruction périodique de l’écoulement d’air comprimé génère une source acoustique harmonique à la fréquence d’obstruction de l’écoulement. Le contrôle de la vitesse de l’obstruction gère la fréquence et la phase de l’anti-bruit émis. Le dispositif conçu dans ce projet permet de générer un bruit tonal réglé en phase et en fréquence sur une référence, pour une pression acoustique de 110 dB à 1 m.

Cette thèse commence avec un état de l’art des domaines d’études importants pour notre objectif (différentes techniques usuelles de réduction des vibrations en usinage, méthodes de contrôle actif) avant de valider le principe de contrôle actif du fraisage en se plaçant en repère fixe. On a alors développé un modèle d’état d’une poutre d’Euler Bernoulli perturbée en un point et corrigée en un autre via un actionneur piézoélectrique. Ce modèle a permis d’obtenir plusieurs compensateurs, suivant différentes stratégies de commande. Nous avons par la suite procédé, d’un point de vue expérimental, à l’étude sur un dispositif similaire à notre besoin d’un point de vue de l’actionnement et des ordres de grandeurs (amplification mécanique, gamme de fréquences etc.). Les stratégies de commande robustes que nous avons développé pour pouvoir atténuer les déplacements vibratoires de cette poutre ont conduit à des résultats concluants présentés dans le même chapitre, d’abord en simulation (qui nous a permis une étude comparative), avec ou sans la présence du processus d’usinage, puis expérimentalement. La robustesse de ces stratégies de commande a été étudiée (en simulation) en ajoutant des incertitudes au modèle étudié de différentes manières. Ensuite, nous avons identifié le modèle du système étudié, déterminé les correcteurs correspondants et testé ces derniers sur notre banc d’essai pour valider le bon fonctionnement des différentes stratégies de contrôle utilisées tout le long de cette thèse. Enfin, pour préparer un déploiement de ces stratégies en repère tournant (porte-outil de contrôle actif), nous avons modélisé et implémenté les mêmes démarches pour le cas où l’actionnement se situe en repère tournant et concerne deux axes simultanément, situés dans le plan XY du porte-outil. Nous avons d’abord étudié les vibrations transversales d’une poutre en rotation dans le cas général avant de négliger les phénomènes d’inertie et gyroscopique. En effet, on s’intéresse au contrôle actif du fraisage particulièrement dans les applications de finition, là où on utilise des outils longs de faibles diamètres. Les nouvelles expressions des deux fonctions de transfert de notre système usinant ont été déterminées pour obtenir sa représentation d’état, clé du contrôle actif. La projection du processus de coupe sur le repère tournant est indispensable pour effectuer les simulations du fraisage via le porte outil actif. Ce dernier chapitre met en relief les perspectives de cette thèse, à savoir le contrôle actif du fraisage quelque soit le type de l’opération ou du diamètre de l’outil avec un porte outil mécatronique destiné pour ce genre d’opérations. / This thesis deals with the fields of study which are important for our objective (different usual vibration reduction techniques in machining, active control methods) before validating the principle of active control of milling in a fixed reference. We then developed a state space model of an Euler Bernoulli beam excited at one point and corrected in another one by a piezoelectric actuator. This model allowed us to obtain several compensators, according to different control strategies. We then proceeded from an experimental point of view to study a device similar to our need from an actuating point of view and levels of magnitude (mechanical amplification, frequency range, etc.). ). The robust control strategies that we have developed to attenuate the vibratory displacements of this beam have led to conclusive results presented in the same chapter, first in simulation (which allowed us a comparative study), with and without the cutting process and then experimentally. The robustness of these control strategies was studied (in simulation) by adding uncertainties to the model in different ways. Then we have identified the model of the system, calculated the corresponding compensators and tested them on the test bench in order to validate the good functioning of the different control strategies used in this thesis. Finally, in order to use these strategies in rotating reference (active control tool holder), we have modeled and implemented the same steps for the case where the actuation is located in rotating reference and concerns two axes simultaneously, located in the XY plane of the tool holder. We first studied the transverse vibrations of a rotating beam in the general case before neglecting the inertia and gyroscopic phenomena. Actually, we are interested in the active control of milling, particularly in finishing applications, where long tools of small diameters are used. The new expressions of the two transfer functions of the system have been determined to obtain its state space representation, key of the active control. Projection of the cutting process on the rotating reference is essential to perform milling simulations with the active tool holder. This last chapter highlights the prospects of this thesis,that is the active control of the milling for all kinds of milling operations as well as for different tools with a mechatronic tool holder aimed for this kind of operation.