La finalité de cette thèse est d’étudier la pertinence et les limites des méthodes de vision 3D couplées à une caméra ultra-rapide pour la mesure de champs vibratoires, sans contact et de manière synchrone, dans le domaine des fréquences associées à la vibro-acoustique. Un premier montage pseudo stéréoscopique, issu de la robotique, mobilisant un jeu de quatre miroirs afin de générer deux vues virtuelles à partir d’une seule caméra réelle, a été testé sur une plaque et un haut-parleur. Les résultats, validés par comparaison avec ceux obtenus avec un vibromètre laser, attestent de la pertinence de l’approche en dépit des contraintes liées aux éléments optiques. Dans une logique de simplification, trois autres montages ont alors été proposés et testés, permettant de concevoir deux techniques de mesure de vibration plein champ et une méthode itérative de rectification d’images (IRIs), adaptées au contexte. La méthode sans miroir utilise une ligne mathématique pour la triangulation et est fondamentalement adaptée à la mesure de vibrations mono-axiales d'objets globalement plans, affichant des déplacements non-répétables selon la normale de la surface ou selon un axe connu. La méthode à caméras asynchrones, quant à elle, utilise une caméra ultra-rapide et une caméra rapide, et permet la mesure de vibrations multi-axiales de phénomènes vibratoires 3D. Les résultats obtenus sur le capot d’une voiture et sur un haut-parleur attestent de son potentiel pour la caractérisation de panneaux ou le test qualité de fin de chaine d’assemblage de haut-parleurs par exemple. En conclusion, les trois protocoles de mesure et les résultats associés sont comparés afin de cibler leurs potentialités et limites respectives dans le contexte de la mesure de vibrations. / The objective of this Ph.D is to study the relevance and limits of 3D vision methods coupled to high-speed cameras and applied to non-contact synchronous vibration measurement, in the vibro-acoustic range of frequencies. A first pseudo stereoscopic set-up, taken from robotics, using a four-mirror adapter in order to generate two virtual viewpoints from a single real camera, has been tested on a plate and a loudspeaker. The results, validated by comparison with those obtained with a laser vibrometre, prove the relevance of the approach, despite some constraints related to the optical elements. In a logic of simplification, three other set-ups have then been proposed and tested, allowing designing two full-field vibration measurement techniques and a method for the Iterative Rectification of Images (IRIs), adapted to the context. The no-mirror method uses a mathematical line to triangulate positions and is basically suited to measure the single-axis vibrations of globally plane objects, displaying non-repeatable displacements along the normal of the surface or along a known axis. The asynchronous cameras technique requires a high-speed and an industrial camera used simultaneously to measure the multi-axis displacements of 3D vibratory phenomena. The results obtained on a car bonnet and a loudspeaker prove its potential to characterise large panels or to carry out end-of-line testing of loud-speakers for example. In conclusion, the three measurement protocols and the associated results are compared in order to assess their respective potentialities and limits in the context of vibration measurement.

Cette thèse porte sur l’optimisation du contrôle des Machines Synchrones à Réluctance Variable (MSRV) et en particulier sur la compensation des phénomènes vibratoires. Elle comprend trois points forts : le développement d’une méthode de minimisation des pulsations de couple et sa validation expérimentale, l’études des facteurs qui peuvent influencer la méthode et l’influence de cette méthode sur les autres performances de la MSRV.Tout d’abord, une méthode de contrôle permettant de compenser les ondulations de couple d’une MSRV existante a été développée. Premièrement, une équation analytique du couple est proposée et analysée afin d’exprimer la relation analytique harmonique entre le couple et les courants d’alimentation. La notion de « fonction de couple » est ensuite introduite. Une stratégie basée sur l’utilisation de cette fonction pour minimiser les ondulations du couple est présentée. Deux méthodes de réduction des ondulations de couple utilisant les différents harmoniques de la fonction de couple sont mises en évidence en. Elles ont été analysées et comparées pour répondre aux différents objectifs. Par la suite, la méthode a été validée par les résultats des simulations pour trois technologies de rotor de MSRV parmi les plus répandues. La méthode est aussi validée par la modélisation analytique et la simulation dynamique à l’aide du logiciel Matlab/Simulink ainsi que par les résultats d’expérimentation avec l’aide du banc d’essai.Ensuite, les facteurs qui peuvent influencer la méthode proposée pour réduire les ondulations de couple et les performances dynamiques ont analysés. Dans un premier temps, une amélioration sensible de l’aptitude au démarrage de la MSRV lorsque la compensation des ondulations de couple est mise en œuvre est mise en évidence. D’autre part la sensibilité de la méthode aux erreurs de mesure de position est évaluée afin de quantifier sa fiabilité dans le cas de l’utilisation d’estimateurs lors du contrôle sans capteur. Enfin, l’influence de la saturation sur la méthode proposée est aussi étudiée à l’aide d’une analyse par éléments finis du comportement magnétique de la MSRV.Finalement, l’influence de la méthode de compensation des ondulations de couple sur d’autres performances de la MSRV est analysée. Les courants optimaux ont plus harmoniques que les courants originaux. Par conséquent, les pertes dans le cuivre, dans le fer et dans les semi-conducteurs de l’onduleur sont modélisées analytiquement, calculées et comparées. Les conclusions montrent que les pertes dans le cuivre sont les plus sensibles à la compensation des harmoniques de couple tandis que les pertes dans le fer et dans l’onduleur sont faiblement affectées. D’autre part, la réduction des ondulations de couple peut changer le comportement vibro-acoustique de la MSRV. La dernière partie est consacrée à l’étude de la relation entre les ondulations de couple et le bruit. Une équation est proposée pour évaluer la variation du bruit produit par la compensation des ondulations de couple. Dans cette partie, les simulations dans Flux 2D sont effectuées pour calculer la variation du bruit. En outre, le logiciel professionnel Manatee réalisant l’analyse des vibrations et de l’acoustique est utilisé dans le but de conforter les résultats obtenus par la modélisation analytique. / This thesis aims to study the control and optimization of a synchronous reluctance machine for the purpose of improving the vibrational performance. The main works of the thesis can be classified into three parts: the proposed torque ripple reduction method, the factors which can influence the proposed method and the influence of the proposed method.At first, the torque ripple of synchronous reluctance machine is reduced by a control method. Firstly, a torque equation is proposed in order to present the relationship between torque ripple and the optimal currents. Then a new parameter, torque function, is put forward. Based on the torque function, the torque ripple reduction strategy is presented. Two different torque ripple minimizations are proposed by applying different torque function harmonics. They are analyzed and compared in order to define the optimal method. In order to test the proposed method further, the selected torque ripple minimization approach is applied to three SynRMs. The results of finite element simulations imply that the proposed method is effective to decrease the torque ripples of these three SynRMs. The proposed torque ripple reduction method is verified according to the models built in MATLAB/Simulink and the experiment results respectively.Then the factors which could influence the proposed torque ripple reduction method are analyzed. Firstly, torque function is a function of rotor position, current angle and saturation. Based on the model in Simulink, the influence of different starting position on the performance of the studied SynSR is analyzed. Besides, the estimated position errors produced by senserless control could also affect the toque ripple minimization by changing torque function. At last, the influence of saturation on the proposed torque ripple reduction method is introduced because the amplitudes of the optimal currents are increased.In addition, the influence of torque ripple reduction on the other perfomances of SynRM is analyzed. The optimal currents have more harmonics than the original sinusoidal currents. So three losses (copper losses, iron losses and inverter losses) are modeled, calculated, analyzed and compared. According to the results, the copper losses are the most sensible losses. The iron losses and the inverter losses are a little increased and the increased parts can be neglected. Besides, reducing torque ripple by adding stator currents could influence the vibro-acoustic of the studied SynRM. Thus this section aims to explain the relationship between torque ripple reduction and acoustic noise. An analytical equation is proposed in order to evaluate the variation of noise produced by torque ripple reduction. Simulations in Flux 2D have been performed in order to calculate the variation of noise resulted by torque ripple reduction. At last, the software Manatee which is professional in studying the vibration and noise is applied for the purpose of comparing the results with those of the finite element analysis.

Ce travail de thèse propose un transfert de méthodes industrielles et de recherche que sont le prototypage virtuel et la caractérisation mécanique des structures vers l'artisanat d'art : la fabrication des instruments de musique à cordes, plus particulièrement la guitare et le violon.Ce domaine, historiquement éminemment empirique, est étudié ici avec des critères objectifs. Le travail porte principalement sur le comportementmécanique vibratoire de ces instruments de musique. Le comportement mécanique du matériau utilisé (bois de lutherie) est tout d'abord étudié, et une méthode non-destructive proposée et appliquée à l'épicéa et à l'érable. La fiabilité des modèles numériques et ensuite étudiée par des méthodes de vérification et de validation de modèle, habituellement utilisées dans les domaines industriels et de recherche Les modèles développés sont ensuite utilisés en support à l'étude de phénomènes complexes de l'acoustique musicale appliquée au violon et à la guitare. Pour finir, l'utilisation de ces méthodes numériques pour une application concrète en facture instrumentale (prise de décision en milieu incertain, innovation de la géométrie et des matériaux) est proposée. / This work proposes a methodology for the transfer of industrial and research domain methods toward arts and crafts domain. The virtual prototyping and mechanical characterization of materials are used for the stringed musical instruments making domain. The works is adressed to the guitar and violin making. This domain is historically driven by empricism and it is studied here using objective criteria. The main topic is the mechanical vibratory behaviour of musical instruments. Firstly, the mechanical behaviour of the material used (tonewood) is studied. A non-destructive methodology is proposed and applied on spruce and maple species. The reliability of the numerical models is studied by method usually used in industry and research, the verification and validation process. The models developed are used as a support for the study of complex phenomena in musical acoustics. Finally, the utilization of numerical method for a practical application in instrument making (decision support under uncertainties, geometric and material optimization) is proposed. The methodology for a transfer to art and crafts domain is discussed.

Ce travail présente deux méthodes expérimentales de caractérisation des propriétés élastiques et d'amortissement de matériaux poreux acoustiques en régime dynamique.<br />Les modules d'Young ou de cisaillement ainsi que les coefficients<br />d'amortissement de mousses polymères ou matériaux fibreux sont estimés dans leurs conditions usuelles d'utilisation, i.e. en flexion ou cisaillement et dans des gammes de température et de fréquence habituellement rencontrées dans les industries du bâtiment ou des transports. La théorie de Biot-Johnson-Champoux-Allard est utilisée pour décrire le comportement de ces matériaux poro-visco-élastiques modélisés comme des systèmes diphasiques constitués d'une phase solide et d'une phase fluide, l'air, couplées dans le temps et l'espace.<br /><br />La première méthode est dérivée de celle de la poutre d'Oberst : un<br />déplacement transverse est imposé au centre d'une poutre en conditions limites libre-libre. Un calcul par éléments finis hiérarchiques et un algorithme non-linéaire d'inversion sont utilisés afin d'estimer les paramètres inconnus des matériaux et de déterminer leurs évolutions en fonction de la fréquence et de la température.<br /><br />La seconde méthode est basée sur l'étude des vibrations d'une plaque multicouche en flexion. Un code numérique hiérarchique<br />simplifié est utilisé conjointement au précédent algorithme d'inversion dans le même but de caractérisation des matériaux poro-visco-élastiques.<br /><br />Des applications à quelques matériaux, visco-élastiques légers ou<br />mousses aux propriétés très différentes, ont permis de vérifier la pertinence de ces méthodes face à celles déjà existantes et d'en fixer les limitations.

Ce mémoire de thèse présente le développement de la méthode "statistical modal energy distribution analysis (SmEdA)" pour des systèmes vibro-acoustiques couplés. Cette méthode de calcul est basée sur le bilan énergétique dans des sous-systèmes fermés couplés, comme une structure ou une cavité. L'interaction entre de tels systèmes est décrite par des couplages entre les modes. La version initiale de SmEdA prend en compte seulement les modes qui ont une fréquence propre dans le bande d'excitation. Le travail présenté ici étudie l'effet des modes non résonants sur la réponse et identifie les cas dans lesquels un tel effet devient important. L'introduction des modes non résonants permet d'utiliser la méthode SmEdA dans des cas d'applications plus larges. En outre, une nouvelle méthode de post-traitement a été développée pour calculer des distributions d'énergie dans les sous-systèmes. Finalement, une nouvelle méthode d'approximation pour la prise en compte des modes de systèmes de grandes dimensions ou mal définis a été formulée. Toutes ces méthodes ont été comparées avec d'autres méthodes de calcul via des exemples académiques et industriels. Ainsi, la nouvelle version de SmEdA incluant le post-traitement pour obtenir des distributions d'énergie a été validé et les avantages et possibilités d'applications sont montrés.

L'objectif de ce travail est la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques qui gouvernent la réponse vibro-acoustique d'une cascade de distribution de poids lourd. On s'intéresse en particulier au bruit de sirènement d'une cascade de six engrenages, qui correspond à la réponse aux excitations internes générées par le processus d'engrènement et au bruit de claquement, qui correspond à la réponse aux vibro-impacts entre dentures sous charge induits par les fluctuations des efforts extérieurs couplées aux excitations internes. Dans un premier temps, les corrections de denture sont optimisées par une méthode méta-heuristique (essaims particulaires), afin de minimiser les fluctuations des erreurs statiques de transmission en prenant en compte la large plage de couples de fonctionnement et les dispersions géométriques induites par les tolérances de fabrication des engrenages. Le bruit de sirènement est alors modélisé à partir d'une méthode spectrale qui prend en compte le couplage entre les différentes excitations internes de la cascade de dentures. Le gain apporté par l'optimisation des corrections sur le bruit de sirènement de la cascade de dentures a pu être estimé. Dans un second temps, le bruit de claquement est analysé à partir de modèles non linéaires prenant en compte les jeux entre dentures. Une méthode de continuation couplée à une discrétisation par la méthode des différences centrées et une méthode d'intégration temporelle directe sont mises en oeuvre. Le comportement dynamique de la cascade induit par la fluctuation des efforts extérieurs couplée aux excitations internes est complexe : les réponses des différents pignons peuvent être périodiques, pseudo-périodiques ou chaotiques avec possibilité d'observer des pertes de contact multiples, et notamment des chocs entre les flancs rétros des dentures si l'acyclisme moteur est élevé. Les régimes de type vibro-impacts peuvent être établis sur une large plage de vitesses de fonctionnement.

Dans le domaine de l'acoustique du bâtiment, la structuredes constructions en bois est légère et ses capacités d'isolementacoustique sont faibles en particulier pour les basses fréquencesen comparaison à d'autres techniques de constructioncomme le béton. Les travaux de cette thèse se donc sont centréssur l'élaboration d'un outil prédictif visant à déterminer lesperformances acoustiques des planchers solivés en bois afin decompléter les outils prédictifs actuellement sur le marché. Laméthode des éléments finis est adaptée pour résoudre ce problèmevibro-acoustique car le comportement basses fréquencesest de type modal. Pour gagner en temps de calcul, une résolutionmixte éléments finis - formulation intégrale d'Huygens etdifférentes optimisations ont été mises en place. Grâce à l'utilisationde la méthode des éléments finis, il a été possible demettre en évidence des résonances de ce problème couplé quifont chuter localement la valeur de l'affaiblissement ; celles-cine peuvent être prises en compte par la méthode des matricesde transfert. Néanmoins, ces deux méthodes fournissent des alluresmoyennes de courbes d'affaiblissement équivalentes, enparticulier lors d'une étude en tiers d'octave. Pour aborder leproblème des transmissions latérales, nous avons montré lafaisabilité de la détermination expérimentale des propriétés mécaniqueséquivalentes d'un élément de jonction courant entreles planchers et les murs : le sabot métallique. Un modèle mécaniquesimplifié par éléments finis permet ainsi un couplagemécanique entre les solives et les poutres en intégrant les effetslocaux de dissipation présents pour ce type de jonction.

La hiérarchisation de la puissance injectée par des sources acoustiques dans une cavité d'avion telle qu'un cockpit, en vol, revêt un caractère majeur dans le but d'en réduire le bruit intérieur. Afin de répondre à ce besoin, la nécessité de considérer la cavité dans son ensemble à l'aide d'une méthode globale se révèle importante. Au cours de cette thèse, une méthode d'identification basée sur une méthode énergétique locale, appelée MES pour Méthode Energétique Simplifiée, est utilisée. En connaissant la géométrie de la cavité, ainsi que l'absorption des matériaux qui la composent, elle permet de déterminer la puissance rayonnée par les différentes sources acoustiques à l'intérieur de la cavité, à l'aide de mesures d'intensité tridimensionnelle, et de densité d'énergie acoustique totale. Afin de tester la méthode dans un cas réel, mesurer ces quantités énergétiques s'avère alors nécessaire. Une sonde acoustique est donc conçue, fabriquée, testée et enfin validée. Basée sur quatre mesures de pressions réalisées autour d'une sphère rigide à l'aide de microphones électrostatiques déportés, elle permet de mesurer la pression et le vecteur vitesse particulaire au centre de la sphère, et d'en déduire alors l'intensité 3D et la densité d'énergie totale. Un démonstrateur est ensuite construit pour réaliser des essais. Il s'agit d'une maquette de cockpit basée sur celui de l'A380. Différents essais acoustiques et vibro-acoustiques permettent alors de démontrer la capacité de l'association formée par la méthode d'identification et la sonde à déterminer la puissance injectée par les différentes sources dans des conditions acoustiques plus ou moins sévères, avec une précision de l'ordre de 2dB. Le post-traitement à l'aide de la MES des flux acoustiques rayonnés ainsi déterminés permet également de reconstruire le champ acoustique dans la cavité, ainsi que de séparer les différentes contributions en des points d'intérêt tels que les têtes pilote et copilote.

Dans de nombreuses applications industrielles, les structures en vibration à dimensionner sont en contact avec un fluide (fluide autour des coques des bateaux, réservoirs, échangeurs de chaleur dans les centrales, l'industrie automobile, etc). Cependant, le comportement dynamique de la structure peut être modifié de façon importante par la présence du fluide. Le dimensionnement doit donc prendre en compte les effets de l'interaction fluide-structure.Ces applications nécessitent un couplage efficace. En outre, l'analyse dynamique des systèmes industriels est souvent coûteuse du point de vue numérique. Pour les modèles éléments finis des problèmes couplés fluide-structure, l'importance de la réduction de la taille devient évidente car les degrés de liberté du fluide seront ajoutés à ceux de la structure. Des méthodes de réduction du modèle seront utilisées pour réduire la taille des matrices obtenues.Traditionnellement, l'étude de ces systèmes couplés est fondée sur une démarche déterministe dans laquelle l'ensemble des paramètres utilisés dans le modèle prennent une valeur fixe.Par contre, il suffit d'avoir procédé à quelques expérimentations pour se rendre compte des limites d'une telle modélisation, d'où la nécessité de la prise en compte des incertitudes sur les paramètres du système couplé.Ce travail de thèse s'articule autour de trois études principales. La première consiste à mener une étude déterministe numérique et analytique des problèmes vibro-acoustiques sans réduction de modèles. Cette dernière est basée sur une formulation non symétrique déplacement/pression et une formulation symétrique déplacement/pression et potentiel des vitesses. Dans la deuxième étude, on propose deux méthodes de réduction du modèle : analyse et synthèse modales pour la résolution des problèmes vibro-acoustiques des grandes tailles des systèmes couplés modélisés par la méthode des éléments finis. La méthode de synthèse modale développée couple une méthode de sous-structuration dynamique de type Craig et Bampton et une méthode de sous domaines acoustiques.Enfin, pour tenir compte des incertitudes sur les paramètres du système couplé, on a développé dans la troisième étude une méthode numérique stochastique de synthèse modale étendue à une étude de fiabilité basée sur les approches FORM et SORM pour la résolution de ces problèmes. Ces démarches vont nous permettre de résoudre les problèmes vibro-acoustiques, sans utiliser les méthodes classiques, qui consistent à faire un calcul modal direct allié à la simulation de Monte Carlo demandant un coup de temps très élevé.Plusieurs exemples académiques et industriels ont été traités pour valider les approches proposées.L'étude numérique est conduite en utilisant un code élaboré sous MATLAB couplé au code commercial ANSYS afin d'évaluer la fiabilité du système couplé. La confrontation des résultats numériques, analytiques et expérimentaux nous permet de valider conjointement le processus de calcul et les méthodes proposées dans le domaine de l'analyse fréquentielle et l'étude fiabiliste des structures immergées. D'un point de vue industriel, ces méthodes visent à promouvoir l'introduction de la culture de l'incertain dans les métiers de la conception et encouragent la construction d'un modèle fiable et robuste pour les problèmes d'interaction fluide-structure.

L’objectif de ce travail est la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques qui gouvernent la réponse vibro-acoustique d’une cascade de distribution de poids lourd. On s’intéresse en particulier au bruit de sirènement d’une cascade de six engrenages, qui correspond à la réponse aux excitations internes générées par le processus d’engrènement et au bruit de claquement, qui correspond à la réponse aux vibro-impacts entre dentures sous charge induits par les fluctuations des efforts extérieurs couplées aux excitations internes. Dans un premier temps, les corrections de denture sont optimisées par une méthode méta-heuristique (essaims particulaires), afin de minimiser les fluctuations des erreurs statiques de transmission en prenant en compte la large plage de couples de fonctionnement et les dispersions géométriques induites par les tolérances de fabrication des engrenages. Le bruit de sirènement est alors modélisé à partir d’une méthode spectrale qui prend en compte le couplage entre les différentes excitations internes de la cascade de dentures. Le gain apporté par l’optimisation des corrections sur le bruit de sirènement de la cascade de dentures a pu être estimé. Dans un second temps, le bruit de claquement est analysé à partir de modèles non linéaires prenant en compte les jeux entre dentures. Une méthode de continuation couplée à une discrétisation par la méthode des différences centrées et une méthode d’intégration temporelle directe sont mises en oeuvre. Le comportement dynamique de la cascade induit par la fluctuation des efforts extérieurs couplée aux excitations internes est complexe : les réponses des différents pignons peuvent être périodiques, pseudo-périodiques ou chaotiques avec possibilité d’observer des pertes de contact multiples, et notamment des chocs entre les flancs rétros des dentures si l’acyclisme moteur est élevé. Les régimes de type vibro-impacts peuvent être établis sur une large plage de vitesses de fonctionnement. / The aim of this work is to characterize the vibro-acoustic response of a truck timing gear cascade, and especially the whining noise induced by internal excitations generated by the meshing process and the hammering noise induced by vibro-impacts between gears under fluctuations of external forces coupled with internal excitations. The tooth corrections are optimized with a meta-heuristic method (particle swarm)in order to minimize the fluctuations of static transmission errors. A robustness analysis is performed taking into account the wide range of operating torque and the geometric dispersions induced by gear manufacturing tolerances. The whining noise is then modelled using a spectral method considering the coupling between the different internal excitations. The gain provided by the optimization of tooth corrections on the whining noise of the timing gear cascade can thus be estimated. In a second step, the hammering noise is analyzed using nonlinear models which include the gears’ backlashes. A continuation method coupled with centered finite differences method is implemented, as well as a direct time integration method. The dynamic behaviour of the cascade induced by fluctuating external forces coupled with internal excitations is complex : the gear responses can be periodic, pseudoperiodic,or chaotic, with possibility of multiple contact losses, including collisions between reverse flanks when the engine torque fluctuation is high. Vibro-impact regimes can be observed over a wide range of operating conditions.