Le bruit de frottement de deux surfaces rugueuses est dû à la vibration verticale engendrée par les impacts inter-aspérités de deux solides glissants. Il relève de la physique des interfaces multicontact dont les propriétés sont encore largement méconnues. L'objet de cette thèse est de comprendre les mécanismes de transfert d'énergie et de génération des vibrations à l'œuvre à l'interface entre deux surfaces rugueuses en glissement relatif. Ces interfaces présentent des spots de contact qui se renouvellent très rapidement mais dont la physique statistique reste à découvrir. Un outil numérique est spécialement développé pour étudier efficacement ce phénomène aux échelles microscopique et macroscopique. Les simulations sont effectuées à l'aide de centres de calcul haute performance à Lyon. Elles ont mené aux conclusions suivantes. Le niveau de la vibration Lv (dB) est une fonction croissante du logarithme de la rugosité de surface Ra et de la vitesse de glissement V, ce qui est en accord avec les résultats expérimentaux issus de la littérature. De plus, grâce à cet outil numérique, on a pu analyser précisément les chocs entre surfaces définis à partir de l'évolution temporelle de la force de contact. Leur durée est de l'ordre de 0.1 ms, la force maximale de contact peut atteindre 100 fois le poids propre du solide glissant, et le nombre de chocs est de l'ordre de 10000 par seconde pour une surface de l'ordre de 4 cm2. Les chocs sont donc des excitations transitoires brèves mais nombreuses et intenses. Ces chocs se comportent comme les sources d'énergie vibratoire qui sont responsables d'un transfert d'énergie à l'interface. C'est en effet la transformation de l'énergie cinétique du mouvement solide glissant en énergie vibratoire qui est responsable du bruit de frottement. / The friction noise between two rough surfaces is caused by the vertical vibration generated by inter-asperity impacts of sliding solids. This phenomenon involves the physics of multicontact interfaces, a field which is largely unknown. The purpose of this thesis is to understand the mechanisms of noise generation and the energy transfer process between two rough surfaces in sliding contact. The contact spots in the interface are rapidly renewed during the movement in a random fashion but their statistical properties remain to be discovered. A numerical tool is developed in order to efficiently study this phenomenon at both macroscopic and microscopie scales. The simulations are carried out thanks to the high performance computing centre in Lyon. This study leads to the following conclusions. The vibration level Lv (dB) is an increasing logarithm function of surface roughness Ra and sliding velocity V. This statement is consistent with experimental results available in the literature. Moreover, we can analyze precisely the asperity shocks which are defined from the time evolution of the contact force. The shock duration is of the order of 0.1 ms, the maximal contact force can reach to 100 times the weight of sliding solid, and the shock rate is of the order of 10000 for a surface of 4 cm2 . The asperity shocks are transient excitations, brief but abundant and intensive. These shocks behave like vibrational energy sources and are responsible of the energy transfer in the interface. This is the transformation process of kinetic energy to vibrational energy which is responsible of friction noises.

L’objectif de l’étude est l’intégration de la méthode acoustique dans les analyses des étoffes. Par l’étude du phénomène du bruit généré par le frottement, nous avons pu concevoir et réaliser un instrument expérimental simulant le mouvement de l’avant-bras humain. Les méthodes utilisées pour l’obtention des paramètres du mouvement de l’avant-bras humain, sont des méthodes expérimentales basées sur la capture vidéo du mouvement et le traitement des séquences de ces vidéos enregistrées. Cet instrument nous a permis de tester plusieurs supports textiles destinés à l’habillement, pour extraire leur empreinte acoustique. La méthode de mesure par cet instrument consiste en l’obtention des spectres sonores obtenus par le frottement de deux échantillons de même support textile, qui seront ensuite traités et analysés pour avoir le niveau sonore et l’empreinte de la matière textile. Les résultats obtenus par cet instrument, selon des paramètres des essais fixés au préalable, montrent que le bruit généré par frottement textile /textile, devient plus intense, au fur et à mesure que la vitesse augmente (de la marche à la course) et l’intensité de ce bruit dépend aussi de la nature de la matière constituant le support textile. Ces résultats peuvent être révélateurs d’informations importantes sur les caractéristiques de tissu. Les essais de validation de cet instrument ont été faits en prenant uniquement des variations de vitesses de mouvement et de surface de frottement. Ainsi, cet instrument aide à créer un frottement similaire à la condition réelle du frottement de l’avant-bras. Dans cet esprit, on peut envisager d’utiliser cet instrument pour d’autres matériaux souples dans différentes conditions de vitesse, de surface et de pression de frottement et donc d’usage. / The objective of this study is to explore the possibilities to use acoustic method for fabric analysis. An experimental instrument was designed to study the noise generated by friction during body movement. It also allows simulating the motion of human forearm. Parameters of forearm movement were obtained by analyzing several recorded videos in sequences. Several clothing products have been tested by this instrument. The principle of this method is to obtain sound spectra created by friction between two same types of samples those have been further analyzed for the noise level and footprint of textile material. Different parameters of machine have been set before performing tests. Results depict for some fabrics that value of noise generated increases with the increase of movement speed (from walking to running). Intensity of noise mainly depends on nature of fabric’s raw material and can be influenced by speed and surface. These results indicate some very important information regarding fabric characteristics. The instrument has been validated and tested by changing two variables that are movement speed and surface friction maintaining pressure a constant. This instrument creates friction similar to real time friction produced during the movement of arm while walking or running. By using this concept, this instrument can be used for other flexible materials at different speeds, pressure and friction.

Ce travail a pour objectif de caractériser et analyser le bruit de frottement des étoffes textiles généré lors de l’activité d’un individu (marche et course). Le présent travail apporte une contribution pour la caractérisation physique du bruit de frottement grâce à des paramètres physiques du son (bruit) et grâce à une nouvelle méthode de traitement du signal sonore des étoffes textiles, la transformée en S (transformée de Stokwell). L’évaluation sensorielle du bruit a été menée grâce à des panélistes entraînés en appliquant la méthode d’Analyse Descriptive Quantitative. Dans ce cadre, l’influence de l’armure d’étoffes en coton écru sur les propriétés sonores a été analysée. La corrélation entre les paramètres mécaniques des tissus qui décrivent l’état de surface et la compression de l’étoffe (mesurés par la chaîne de mesure Kawabata Evaluation System) et le niveau sonore global du bruit de frottement a été effectuée. Une corrélation entre le niveau sonore et les descripteurs sensoriels a été également menée. Le bruit d’une veste d’homme, confectionnée en deux types de prototypes présentant des variantes de manches, a été analysé en situation réelle, dans une chambre anéchoïque.Selon le traitement des signaux sonores, l’armure sergé 3 est la plus bruyante avec un niveau sonore, une amplitude du maximum les plus importants, pour les deux vitesse de frottement (marche et course), et une fréquence de maximum se trouvant dans la zone fréquentielle pour laquelle l’oreille humaine est la plus sensible. L’armure satin 4 est la plus ‘furtive’ avec un niveau sonore, une amplitude du maximum la moins importante et une fréquence correspondant importante et moins perceptible. Les résultats obtenus par l'analyse sensorielle sont cohérents avec les résultats obtenus en terme instrumental. Les panélistes qui participent à l'évaluation du bruit de frottement des étoffes textile ont perçu le bruit du satin 4 comme le bruit le plus sourd et le plus homogène, alors que le bruit du sergé 3 a été perçu comme le bruit le plus énergique et le plus disharmonique. Les modèles établis expriment que le niveau sonore augmente en fonction de la rugosité de surface et diminue en fonction de la résilience et de l'énergie de compression. Ainsi, plus que le niveau sonore est important, plus que le bruit est perçu plus polyphonique et plus grattant. Les bruits générés par le frottement de la veste avec les deux types de manche sont similaires en termes instrumental et sensoriel. / This work aims to characterize and analyze the frictional noise of textile materials generated during the activity of a subject (walking and running). This work contributes to the physical characterization of frictional noise characterized by physical parameters of sound (noise) and thanks to a new method of treatment of the acoustic signal, Stokwell-transform. Sensory evaluation of frictional noise was conducted by trained panelists using the Quantitative Descriptive Analysis method. In this context, the influence of the weave patterns of raw cotton fabrics on sound properties was analyzed. Correlations between the mechanical parameters of the fabric which describe the surface and the compressional proprieties of fabrics (measured by the Kawabata Evaluation System) and the sound level of the frictional noise were conducted. Correlations between the noise level and sensory descriptors were also conducted. The sounds of a man's jacket, fabricated in two types of prototypes with sleeves variants were analyzed in situation case, in an anechoic room. According to the treatment of acoustic signal, the twill 3 weave pattern is the noisiest one with a most important level sound and highest amplitude for the two types of movement (walking and running). The satin 4 weave pattern, which is the less noisy, presents a sound level and its highest amplitude is the less important. The frequency of highest amplitude is less important for twill 3 than satin 4. The results obtained by sensory analysis are coherent with the results obtained by instrumental characterization. The subjects participating to sensory evaluation of frictional noise of these fabrics perceived that the noise of satin 4 as the most muffled and most homogeneous noise, while the noise of twill 3 was perceived as the most dynamic and the most disharmonic one. Proposed models express that the sound level increases with the surface roughness and decreases with the resilience and the compression energy. The more sound level is important, the more the noise is perceived as polyphonic and scratching. The noise generated by the friction of the jacket with the two types of sleeves is similar whatever the evaluation.

Les standards d’économie de carburant à venir génèrent un développement rapide des véhicules électriques et hybrids. Ces contraintes régulatrices vont affecter le design des boîtes de vitesse qui conduit à des changements au niveau du type, de la taille et de la qualité des engrenages. Ainsi, les fabricants de roues dentées ont besoin de créer des flancs de dentures de haute qualité avec des modifications topologiques spéciales. Les objectifs principaux sont l’accroissement de la capacité de tenue en chargement et la réduction de la bruyance denture. En effet, la surface des flancs est au cœur des mécaniques de l’engrènement et un des éléments générateur d’excitations. Les mécanismes d’usure les plus communs sont les micro-piqûres, les piqûres et l’écaillage, qui apparaissent dans les premières étapes de défaillance. Bien que les effets des défauts macro-géométriques des surfaces des flancs de denture ont été largement étudiés, les échelles micro- et méso-métriques et leur influence n’est pas encore entièrement compris. De plus le choix et l’optimisation de procédé de finition denture (rectification, powerhoning…) pour améliorer le confort acoustique des conditions d’engrènement reste une issue majeure dans la fabrication des engrenages. Ces travaux proposent une approche multiéchelle de la fabrication, à la fois expérimentale et numérique, dans le but d’identifier l’effet d’échelle des défauts micro- et méso-métriques sur les vibrations de l’engrenage. Un banc d’essai vibratoire instrumenté de faible puissance a été développé et validé par la comparaison de mesures sur boîte de vitesse sur un moyen industriel Renault. Les études expérimentales des relations entre la finition des surfaces des flancs, caractérisée par l’utilisation d’une décomposition multiéchelle basée sur la transformée par ondelettes continues, et les modes vibratoires générés mettent en avant un impact non-négligeable de des échelles de rugosité et d’ondulation. Les mesures de bruit de frottement sur les flancs ont par ailleurs permis de comprendre le lien entre la cinématique du contact (vitesse), les échelles de surface (espacement entre aspérités) et les fréquences vibratoires. Une simulation 3D d’un contact rugueux a alors été développée. Les résultats couplés avec une analyse statistique des contributions des paramètres surfaciques et de contact ont montré un large effet des échelles micrométriques. Enfin, un modèle éléments finis d’un engrenage hélicoïdal intégrant des topographies réelles mesurées et calculant l’erreur de transmission a aussi été développé et validé expérimentalement. L’importance de la qualité des engrenages et de leurs caractéristiques topologiques sur la densité de puissance et les problématiques acoustiques a alors été calculée et discutée. / Upcoming fuel economy standards result in the rapid development of electric and hybrid vehicles. Such regulatory demands will affect the transmission design, which drives changes in the type, size and quality levels of gears. Thus, gear manufacturers need to create high quality gear flanks with special topological modifications. The main objectives are to increase the load-carrying capacity of gears, and also to reduce the gear noise behavior. The teeth surface is indeed at the heart of the gear meshing mechanics and one of the elements generating excitations. The most common wear mechanisms in gear are micro-pitting, pitting and spalling, which occur on the teeth surface at the early stage of failure. While the effect of the macro-geometric defects of the gear teeth surface on the acoustics response of spur gear pair has been studied quite thoroughly, the micro and meso scales and their influence are not entirely understood. Moreover, the choice and optimization of the tooth flank finishing process (grinding, powerhoning…) to manage the acoustic comfort of the meshing conditions is still a major issue in gear manufacturing. This study addresses a multiscale manufacturing approach, both experimental and numerical, in order to identify the scale effect of micro/meso defects on gear vibrations. A low-powered instrumented vibratory test bench has been developed and validated by comparing the measurements with the ones done at the industrial scale on a gear box test rig from Renault. The experimental work investigated the relationship between the surface finish of tooth flanks, which was characterized using a multiscale decomposition based on continuous wavelet transform, and the modes of the generated vibrations as a function of roughness and waviness scales. The friction noise measurements on tooth flanks have besides permitted to understand the link between the contact kinematics (speed), the surface scales (space between the asperities) and the vibration frequencies. A 3D finite-element simulation model of a rough contact was hence developed. The results coupled with the statistical analysis of the contributions of the surface and contact parameters have shown the large effect of the micro-scales. A 3D finite-element gear simulation using real measured topographies and transmission error calculation has also been performed and experimentally validated. The prevalence of the gear quality and its topological features on power density and sound issues are hence computed and discussed.