Cette thèse porte sur le problème de la diffration acoustique par un obstacle et sa résolution numérique par la méthode des éléments finis de frontière. Dans les trois premiers chapitres, on s'intéresse au cas où l'obstacle possède des singularités géométriques. Nous traitons le cas particulier des singularités de bord, courbes ouvertes en dimension 2, et surfaces ouvertes en dimension 3. Nous introduisons un formalisme qui permet de retrouver les bonnes propriétés de la méthode pour des objets réguliers. Une fonction de poids est définie sur les objets diffractant, et les opérateurs intégraux usuels (simple-couche et hypersingulier) sont renormalisés de manière adéquate par ce poids. Des préconditioneurs sont proposés sous la forme de racines carrées d'opérateurs locaux. En dimension 2, nous proposons une analyse théorique et numérique complète du problème. Nous montrons en particulier que les opérateurs intégraux renormalisés font partie d'une classe d'opérateurs pseudo-différentiels sur des courbes ouvertes, que nous introduisons et étudions ici. Le calcul pseudo-différentiel ainsi développé nous permet de calculer des paramétrices des les opérateurs intégraux qui correspondent aux versions continues de nos préconditionneurs. En dimension 3, nous montrons comment ces idées se généralisent théoriquement et numériquement dans le cas pour des surfaces ouvertes. Dans le dernier chapitre, nous introduisons une nouvelle méthode de calcul rapide des convolutions par des fonctions radiales en dimension 2, l'une des tâches les plus coûteuses en temps dans la méthode des éléments finis de frontière. Notre algorithme repose sur l'algorithme de transformée de Fourier rapide non uniforme, et est la généralisation un algorithme analogue disponible en dimension 3, la décomposition creuse en sinus cardinal. / In this thesis, we are concerned with the numerical resolution of the problem of acoustic waves scattering by an obstacle in dimensions 2 and 3, with the boundary element method. In the first three chapters, we consider objects with singular geometries. We focus on the case of objects with edge singularities, first open curves in the plane, and then open surfaces in dimension 3. We present a formalism that allows to restore the good properties that held for smooth objects. A weight function is defined on the scattering object, and the usual layer potentials (single-layer and hypersingular) are adequately rescaled by this weight function. Suitable preconditioners are proposed, that take the form of square roots of local operators. In dimension 2, we give a complete theoretical and numerical analysis of the problem. We show in particular that the weighted layer potentials belong to a class of pseudo-differential operators on open curves that we define and analyze here. The pseudo-differential calculus thus developed allows us to compute parametrices for the weighted layer potentials, which correspond to the continuous versions of our preconditioners. In dimension 3, we show how those ideas can be extended theoretically and numerically, for the particular case of the scattering by an infinitely thin disk. In the last chapter, we present a new method for the rapid evaluation of discrete convolutions by radial functions in dimension 2. Such convolutions represent a computational bottleneck in the boundary element methods. Our algorithm relies on the non-uniform fast Fourier transform and generalizes to dimension 2 an analogous algorithm available in dimension 3, namely the sparse cardinal sine decomposition.

Le bruit est devenu une nuisance importante en zone urbaine au point que selon l'Organisation Mondiale de la Santé, 40% de la population européenne est exposée à des niveaux de bruit excessifs, principalement dû aux transports terrestres. Il devient donc nécessaire de trouver de nouveaux moyens de lutter contre le bruit en zone urbaine. Dans ce travail, on étudie une solution possible à ce problème: un écran bas antibruit. Il s'agit d'un écran de hauteur inférieure à un mètre placé près d'une source, conçu pour réduire le niveau de bruit pour les piétons et les cyclistes à proximité. Ce type de protection est étudié numériquement et expérimentalement. Nous nous intéressons particulièrement aux écrans adaptés au bruit du tramway puisque dans ce cas les sources sont proches du sol et peuvent être atténuées efficacement. La forme ainsi que le traitement de surface de l'écran sont optimisés par une méthode de gradient couplée à une méthode 2D d'éléments finis de frontière. Les variables à optimiser sont les coordonnées de nœuds de contrôle et les paramètres servant à décrire l'impédance de surface. Les sensibilités sont calculées efficacement par la méthode de l'état adjoint. Les formes générées par l'algorithme d'optimisation sont assez irrégulières mais induisent une nette amélioration par rapport à des formes simples, d'au moins 5 dB (A). Il est également montré que l'utilisation de traitement absorbant du côté source de l'écran peut améliorer la performance sensiblement. Ce dernier point est confirmé par des mesures effectuées sur modèle réduit. De plus, un prototype à l'échelle 1 d'écran bas antibruit a été construit et testé en conditions réelles, le long d'une voie de tramway à Grenoble. Les mesures montrent que la protection réduit le niveau de 10 dB (A) pour un récepteur proche situé à hauteur d'oreilles. Ces résultats semblent confirmer l'applicabilité de ces protections pour réduire efficacement le bruit en zone urbaine / Noise has become a main nuisance in urban areas to the point that according to the World Health Organization 40% of the European population is exposed to excessive noise levels, mainly due to ground transportation. There is therefore a need to find new ways to mitigate noise in urban areas. In this work, a possible device to achieve this goal is studied: a low-height noise barrier. It consists of a barrier typically less than one meter high placed close to a source, designed to decrease the noise level for nearby pedestrians and cyclists. This type of device is studied both numerically and experimentally. Tramway noise barriers are especially studied since the noise sources are in this case very close to the ground and can therefore be attenuated efficiently. The shape and the surface treatment of the barrier are optimized using a gradient-based method coupled to a 2D boundary element method (BEM). The optimization variables are the node coordinates of a control mesh and the parameters describing the surface impedance. Sensitivities are calculated efficiently using the adjoint state approach. Numerical results show that the shapes generated by the optimization algorithm tend to be quite irregular but provide a significant improvement of more than 5 dB (A) compared to simpler shapes. Utilizing an absorbing treatment on the source side of the barrier is shown to be efficient as well. This second point has been confirmed by scale model measurements. In addition, a full scale low height noise barrier prototype has been built and tested in situ close to a tramway track in Grenoble. Measurements show that the device provides more than 10 dB (A) of attenuation for a close receiver located at the typical height of human ears. These results therefore seem to confirm the applicability of such protections to efficiently decrease noise exposure in urban areas