Le bruit généré par les machines tournantes telles que les hélices, les ventilateurs ou encore les turbomachines est une problématique actuelle importante sur laquelle les industriels sont amenés à travailler. En effet, afin de faire face à l'exigence grandissante des consommateurs, mais aussi à la multiplication des normes environnementales en termes d'acoustique, ils sont amenés à travailler sur le développement de moyens de réduction de bruit afin de diminuer les sources acoustiques de ces systèmes. L'objectif de cette maîtrise est de concevoir une maquette de profil de pale de ventilateur modulable et instrumentée afin de pouvoir recevoir différents moyens de réduction de bruit. Les deux solutions de contrôle qui sont utilisées dans le cadre de ce projet sont deux moyens passifs: le soufflage qui consiste à souffler de l'air sur le bord de fuite de la pale et l'utilisation de dents de scie sur le bord de fuite. Cette maquette est ensuite testée dans la soufflerie anéchoïque du laboratoire du GAUS (Groupe d'Acoustique de l'Université de Sherbrooke) afin d'étudier les effets acoustiques et aérodynamiques de ces différents moyens de réduction de bruit. Les dents de scie montrent une réduction acoustique allant jusqu'à 10 dB sur une plage fréquentielle croissante avec la vitesse de l'écoulement pour un angle d'attaque compris entre 0° et 8°. Le bruit tonal est également fortement atténué par la présence des dents de scie. Pour les forts angles d'attaque, le régime d'écoulement est pleinement turbulent et aucune réduction de bruit n'apparaît. Les mesures aérodynamiques montrent que les dents de scie permettent d'augmenter le mélange au niveau du bord de fuite du profil. Le soufflage montre également une réduction acoustique allant jusqu'à 8 dB à basse fréquence pour les faibles vitesses (<24 m/s) et pour les angles d'attaques allant jusqu'à 8°. Cependant, une forte augmentation du bruit à haute fréquence est engendrée par le bruit du jet de soufflage. D'un point de vue aérodynamique, le soufflage permet d'ajouter de l'énergie au sillage et de l'affiner. Il réduit fortement la taille des fluctuations de vitesse à l'extrados du profil.

La déformation de torsion que subit un profil aérodynamique a une importance capitale car elle a une influence directe sur la valeur des incidences locales et donc sur la valeur locale des densités de portance et de traînée. L'amélioration des performances aérodynamiques passe donc par la connaissance et la maîtrise de ce vrillage. Cette thèse se propose d'y contribuer. Une des méthodes développées actuellement par de nombreux auteurs consiste à munir le profil d'actionneurs permettant de le déformer en torsion de manière à compenser tout ou partie, voire même contrer, la déformation « naturelle » de la structure. Cette méthode, dite de contrôle actif, est certes très efficace, mais elle présente des limitations car elle nécessite l'introduction d'une quantité d'énergie qui peut être importante. La méthode que nous proposons ici pour maîtriser le vrillage du profil consiste à modifier ses conditions d'équilibre interne. En solidarisant ou en désolidarisant des cloisons à l'intérieur du profil, il est possible de déplacer le centre de torsion des sections du profil sans modifier sa forme extérieure. Ces modifications internes induisent donc une modulation du moment de torsion et donc une modulation du vrillage. Ce processus ne demande que très peu d'énergie. A partir d'un profil simple, des simulations ont permis de montrer le potentiel théorique du système proposé. Trois démonstrateurs, de complexité croissante, ont également été réalisés pour évaluer les capacités du contrôle « réactif » de la torsion. La technique a été validée par la deuxième démonstration. Malheureusement, le troisième démonstrateur, beaucoup plus complexe, n'a pas permis, à l’heure actuelle, d'obtenir la validation finale. / The torsional deformation of aerodynamic profiles has to be considered with care because it induces a change in the angle of attack and therefore changes in the local densities of lift and drag forces. The improvement of the aerodynamic performances does require a good knowledge and control of the twist of the airfoil. A method currently developed by a lot of authors consists in inserting in the airfoil some actuators whose action tends to increase or reduce the ‘natural’ deformation of the structure. This method, named active control, is very effective but it has some limitations because it needs a level of energy which can be high. The method we propose to control the twist of the airfoil consists in modifying the internal elastic equilibrium of the structure. By joining or disjoining some walls inside the profile, it is possible to shift the shear center of the profile without any change of its external shape. So, these internal modifications induce variations of the torsional moment and therefore a variation of the twist angle. The process is no energy consuming. By means of a simple profile, simulations have been performed to show the theoretical potential of the proposed system. Three demonstrators have also been designed with increasing complexity to evaluate the feasibility of the ‘reactive’ control of the twist. The technique has been validated by the second demonstrator. Unfortunately, the third demonstrator, much more complex, has not shown the final demonstration.

La déformation de torsion que subit un profil aérodynamique a une importance capitale car elle a une influence directe sur la valeur des incidences locales et donc sur la valeur locale des densités de portance et de traînée. L'amélioration des performances aérodynamiques passe donc par la connaissance et la maîtrise de ce vrillage. Cette thèse se propose d'y contribuer. Une des méthodes développées actuellement par de nombreux auteurs consiste à munir le profil d'actionneurs permettant de le déformer en torsion de manière à compenser tout ou partie, voire même contrer, la déformation " naturelle " de la structure. Cette méthode, dite de contrôle actif, est certes très efficace, mais elle présente des limitations car elle nécessite l'introduction d'une quantité d'énergie qui peut être importante. La méthode que nous proposons ici pour maîtriser le vrillage du profil consiste à modifier ses conditions d'équilibre interne. En solidarisant ou en désolidarisant des cloisons à l'intérieur du profil, il est possible de déplacer le centre de torsion des sections du profil sans modifier sa forme extérieure. Ces modifications internes induisent donc une modulation du moment de torsion et donc une modulation du vrillage. Ce processus ne demande que très peu d'énergie. A partir d'un profil simple, des simulations ont permis de montrer le potentiel théorique du système proposé. Trois démonstrateurs, de complexité croissante, ont également été réalisés pour évaluer les capacités du contrôle " réactif " de la torsion. La technique a été validée par la deuxième démonstration. Malheureusement, le troisième démonstrateur, beaucoup plus complexe, n'a pas permis, à l'heure actuelle, d'obtenir la validation finale.