Les panneaux passifs, en particulier les doubles-cloisons, permettent d'obtenir de bonnes performances en isolation acoustique pour éliminer les bruits indésirables en moyennes et hautes fréquences. Ils ont été largement utilisés dans les domaines du bâtiment ou encore de l'industrie du transport. Un panneau hybride actif/passif est ici étudié, afin d'obtenir de bonnes performances en absorption et en isolation sur une gamme incluant des basses fréquences. La source secondaire est réalisée par une plaque active composée de deux céramiques piézo-électriques collées sur une plaque en acier. Le coeur du double panneau peut inclure un matériau poreux pour améliorer les performances de l'ensemble. Les résultats numériques et les données de mesure montrent que ces panneaux présentent sur une large bande de fréquences de bonnes performances avec contrôle actif.

Dans un contexte où la pollution, qu'elle soit sonore ou environnementale, continue de s'accroître malgré les efforts déployés, ce projet de recherche propose la conception d'un absorbant acoustique à base de fibres naturelles possédant un fort potentiel acoustique, la soie d'asclépiade. Produite au Québec, cette fibre permet de respecter les grands principes du développement durable. Pour assurer une conception optimale, la démarche proposée passe par l'adaptation d'un modèle acoustique micro-macro de matériaux fibreux afin de relier le comportement acoustique aux paramètres de conception, qui sont l'orientation des fibres, leurs diamètres ainsi que la masse volumique apparente de l'agrégat. En premier lieu, la validité du modèle micro-macro pour le cas des fibres creuses est investiguée. Pour ce faire, une correction de l'expression de la porosité du matériau est proposée afin d'alimenter le modèle micro-macro avec la porosité externe aux fibres uniquement, comme cela aurait été le cas pour des fibres pleines. Cette approche est validée à l'aide de mesures directes et ultrasonores de la porosité, montrant que la porosité « acoustique » est inférieure à la porosité totale mesurée directement. Les résultats du modèle sont ensuite comparés avec des mesures en tube d'impédance d'échantillons de fibres en vrac à différents taux de compaction. On peut observer que le comportement global de la fibre est bien capté par le modèle, qui se compare bien avec le modèle classique de Miki. On y observe aussi que la résistivité mesurée suit bien les prédictions du modèle pour un arrangement de fibres dans le plan perpendiculaire au sens de propagation de l'onde acoustique. C'est aussi cet arrangement qui permet d'obtenir les meilleurs résultats en termes d'absorption acoustique. Ensuite, une modélisation de type double porosité avec une loi des mélanges est proposée afin de capter l'effet acoustique de la fibre creuse. On peut observer que pour ces dimensions de fibres, l'effet n'est pas très marqué car la perméabilité du domaine microporeux est faible. Par contre, la loi des mélanges permet de bien corriger le modèle proposé. En second lieu, des tests de fabrication sont réalisés à partir de mats d'asclépiade. Le mat est un mélange d'asclépiade et de fibres bicomposantes formé d'un empilement thermolié de voiles préalablement cardés. Les mats sont compactés et thermoliés de façon à obtenir un matériau d'épaisseur et de masse volumique apparente déterminées. Les meilleurs résultats ont été obtenus sous presse chauffante. Le matériau résultant est ensuite testé et comparé à la mousse de mélamine, une référence en termes d'absorbant acoustique léger. La démarche suivie dans ces travaux a permis de fabriquer un matériau acoustique exploitant le plein potentiel acoustique de la soie d'asclépiade grâce à une optimisation via le modèle prédictif proposé. Pour des développements futurs, il serait intéressant d'étudier les effets de fibres creuses de plus grandes dimensions, en plus de valider l'applicabilité du procédé de fabrication sur ces fibres.

Cette thèse porte sur le développement et la validation des traitements acoustiques performants pour les nacelles des turboréacteurs, l’étude et la modélisation des liners sous hauts niveaux acoustiques avec écoulement d’air rasant et l’optimisation des technologies et propriétés des liners pour une meilleure réduction du bruit. Un nouveau modèle d’impédance acoustique basé sur l’approche du fluide équivalent a été proposé pour les plaques micro-perforées couplées à une cavité d’air ou à un milieu poreux. Le modèle proposé a été validé numériquement et expérimentalement et l’effet des hauts niveaux de pression sur les caractéristiques acoustiques des liners a été démontré. Une analyse de sensibilité a été réalisée pour évaluer les impacts des paramètres entre autres le diamètre de perforation, l’épaisseur de la plaque, le taux de perforation, la profondeur de la cavité, la résistance par unité de surface de l’écran résistif, le niveau de pression et le nombre de Mach sur les propriétés acoustiques des liners à un et deux degrés de liberté ainsi que les liners avec écrans résistifs. La technologie des liners avec écrans résistifs intégrés dans la cavité d’air ou collés sur les plaques micro-perforées a été étudiée et la contribution des écrans dans l’amélioration des performances d’atténuation acoustique des liners a été démontrée numériquement et expérimentalement. Ensuite, on modélise les liners en incidence rasante en proposant une approche analytique basée sur le développement limité en séries de Taylor pour déterminer le nombre d’onde complexe d’une conduite acoustique traitée par les matériaux absorbants. Enfin, on étudie la réponse acoustique des liners en incidence oblique.

Les panneaux passifs, en particulier les doubles-cloisons, permettent d’obtenir de bonnes performances en isolation acoustique pour éliminer les bruits indésirables en moyennes et hautes fréquences. Ils ont été largement utilisés dans les domaines du bâtiment ou encore de l’industrie du transport. Un panneau hybride actif/passif est ici étudié, afin d’obtenir de bonnes performances en absorption et en isolation sur une gamme incluant des basses fréquences. La source secondaire est réalisée par une plaque active composée de deux céramiques piézo-électriques collées sur une plaque en acier. Le coeur du double panneau peut inclure un matériau poreux pour améliorer les performances de l’ensemble. Les résultats numériques et les données de mesure montrent que ces panneaux présentent sur une large bande de fréquences de bonnes performances avec contrôle actif. / Passive structures such as double walls are effective at reducing noise transmission at medium and high frequencies. They are widely used in building and transport applications. In this thesis, a hybrid passive/active acoustic panel concept is developped, with the aim of allowing high levels of absorption and insulation over a wide range of frecuencies. The secondary source is realized by an active plate consiting of two piezoelectric patches bonded to an elastic thin plate. The use of porous material as the core of the double-panel improves the acoustic efficiency of the structure. Numerical and experimental results show that this structure presents good absorption and transmission properties thanks to active control.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'influence des micro-perforations sur la réponse vibratoire d'une structure cellulaire de type panneau sandwich NIDA (nid d'abeille). Les réflecteurs d'antenne de satellites placés sur les satellites de télécommunication, comme beaucoup d'autres éléments, sont fabriqués avec ce type de matériaux. Lors du décollage du lanceur pour la mise en orbite du satellite, les sollicitations mécaniques appliquées au système sont de nature acoustique et solidienne. La sollicitation acoustique liée au champ acoustique diffus et de très fort niveau présent dans la coiffe du lanceur est la plus importante. Elle joue un rôle important dans le dimensionnement et la conception du réflecteur d'antenne. L'enjeu de la thèse est d'évaluer le potentiel d'un traitement de ce panneau par micro-perforations pour en réduire les vibrations. L'effet des micro-perforations sur la réponse vibratoire du réflecteur d'antenne est double. D'une part, le chargement acoustique que constitue la pression excitatrice est réduit par un mécanisme d'absorption du à la présence des micro-perforations, couplées aux cavités formées par les cellules NIDA du matériau. Cet effet, connu dans la littérature est décrit notamment par le modèle d'impédance acoustique de D.-Y. Maa, couplé à un modèle d'impédance de la cavité NIDA et prenant en compte les rayonnements interne et externe à la micro-perforation. D'autre part, un effet, de nature vibro-acoustique est induit par le couplage entre les vibrations du panneau et les mouvements acoustiques dans les micro-perforations. La modélisation de cet effet, mal décrit dans la littérature constitue un élément original du travail : un modèle discret construit à partir de l'impédance acoustique d'un orifice permet le calcul d'une force d'amortissement élémentaire, puis, après homogénéisation, à une estimation de l'amortissement modal du panneau micro-perforé. Les modélisations proposées pour la réduction de chargement acoustique et de l'amortissement ajouté par micro-perforation montrent que la réponse vibratoire du panneau est faiblement réduite dans la plage de fréquence d'intérêt, ce que confirment plusieurs tests expérimentaux : comparaison de réponse de panneau micro-perforé ou non en chambre réverbérante et en chambre à bruit. La modification de chargement acoustique apportée par la micro-perforation des deux faces du panneau sandwich NIDA est modélisée dans le dernier chapitre et donne lieu à une augmentation de l'effet dans la gamme de fréquence visée. / This thesis work is about the study of the microperforations influence on the vibratory response of a cellular structure as a honeycomb sandwich panel. Satellites' antenna's reflectors placed on telecommunication satellites, as many satellites' elements, are manufactured in this kind of materials. During the launcher take-off for putting satellite into orbit, the mechanical stresses applied to the system are acoustical and vibration borne stress. The acoustic stress, linked to the high level diffuse acoustic field inside the launcher fairing is the most important. It plays a part in the antenna's reflector size and conception. The issue of the thesis is to evaluate the potential of a treatment using microperforations on this panel in order to reduce its vibration. The microperforations effect on the vibration response of the antenna's reflector is double. On one hand, the acoustic loading applied by the exciter pressure is reduced by an absorption mechanism due to the presence of microperforations, coupled to cavities formed by honeycomb cells. This effect, well known in the litterature, is for instance described by the acoustic impedance model developped by D.-Y. Maa, coupled to an impedance model of honeycomb cavity and taking into account the inner and outer radiations of the microperforation. On the other hand, a vibro-acoustical effect is induced by the coupling between panel vibrations and acoustic movements inside microperforations. The modelling of this effect, not well described in the litterature, constitutes an original element of the thesis work: a discrete model constructed using the acoustic impedance of an orifice, allows the computation of an elementary damping force and then leads, after an homogenisation, to an estimation of the modal damping of the microperforated panel. Both modellings proposed for the acoustic loading reduction and the damping added by microperforations, show that the panel vibration response is weakly reduced in the frequency band of interest, which confirms experimental tests like: response comparison of non microperforated and microperforated panels placed in reverberant room and noise chamber. The acoustic loading modification induced by the microperforation of both sides of the honeycomb sandwich panel is modelling in the thesis last chapter and allows an increase of the effect on the frequency band aimed.

Les matériaux absorbants ont une efficacité très faible aux basses fréquences (<500Hz). Les mousses dites adaptatives ont été développées pour combler ce manque d'efficacité. Une mousse adaptative est la réunion d'un matériau absorbant et d'un actionneur commandé par un système de contrôle actif. L'objectif de cette thèse est de mener une étude numérique et expérimentale approfondie du concept de mousse adaptative et d'en dégager les mécanismes physiques et les limitations technologiques pour le contrôle de l'absorption acoustique. Le matériau absorbant est ici une mousse de mélamine et l'actionneur est un film piézoélectrique de PVDF. Le contrôle actif de l'absorption acoustique est réalisé en incidence normale avec l'hypothèse d'onde plane sur la plage de fréquence [0-1500Hz]. Les résultats font apparaître la possibilité d'absorber une pression incidente de 1Pa à 100Hz avec 100V et un bruit large bande de 94dB avec une centaine de Vrms à partir de 250Hz. Ces résultats ont été obtenus avec un prototype de mousse adaptative ayant une épaisseur moyenne de 4cm. Un frein important au contrôle large bande provient du fort niveau de distorsion des prototypes dans le bas (<500Hz) et le haut (<1500Hz) du spectre de fréquences. Un modèle éléments finis 3D couplant les domaines poroélastiques, acoustiques, élastiques et piézoélectriques a été proposé et validé expérimentalement. L'utilisation de ce modèle, complété par une étude analytique, a permis de mettre en lumière le mode d'action et les mécanismes de dissipation dans la mousse adaptative.

Ce travail s'inscrit dans la recherche de traitements acoustiques passifs de conception nouvelle, permettant une réduction accrue des nuisances sonores des réacteurs d'avions (traitements acoustiques de paroi) ou des moteurs thermiques automobiles (silencieux) par exemple. La première partie du mémoire présente l'étude du comportement des matériaux poreux dans les champs acoustiques intenses, lorsque le squelette poreux peut être considéré comme rigide. Deux dispositifs expérimentaux ont été mis au point. Le premier permet la mesure de la résistance au passage de l'air. en fonction du nombre de Reynolds d'un écoulement à travers un échantillon (Loi de Darcy non linéaire). Deux comportements non linéaires distincts ainsi qu'un nombre de Reynolds critique sont mis en évidence expérimentalement pour chaque échantillon. Le second dispositif permet la mesure des coefficients de réflexion et de transmission acoustiques des mêmes échantillons, insérés dans un conduit, en fonction de la fréquence (80-800 Hz) et du niveau acoustique incident sur le matériau (110-150 dB ref. 2.10-5 Pa). Un modèle non linéaire semi-empirique est proposé, permettant de reproduire fidèlement les coefficients de transmission et de réflexion acoustiques obtenus expérimentalement. La seconde partie étudie un traitement acoustique de paroi réactif, à réaction non locale. En aéronautique, le principe utilisé pour réduire le bruit émis par un racleur consiste à. Disposer sur les parois des tuyères, un grand nombre de résonateurs de Helmholtz. En pratiquant des trous dans les parois latérales, les champs acoustiques dans chaque résonateur peuvent être couplés. Les résonateurs constituent alors un traitement acoustique à réaction non locale, non modélisable par une impédance de paroi. Une modélisation analytique est présentée pour un guide d'onde de grande section ainsi traité en paroi par des résonateurs de Helmholtz couplés. Dans un second temps, en utilisant le formalisme des milieux périodiques (modèle discrétisé), une expression analytique des solutions l'équation de dispersion (milieu de longueur infinie), et de la perte par insertion (longueur finie) est présentée dans le cas de deux modes plans couplés, dans un réseau périodique de deux guides d'ondes inhomogènes. Ces résultats sont illustrés dans le cas particulier d'un silencieux automobile à tube perforé classique, dans lequel on ajoute des diaphragmes. Ce travail met en évidence, du point de vue de l'atténuation acoustique d'un réseau de longueur finie, l'intérêt des bandes de fréquences où deux modes de réseau sont propagatifs.

Les travaux ont traité de l'ajustement des efforts de calcul vibro-acoustique dans le cadre d'une étude de qualité sonore sur un système vibro-acoustique dès le stade de la conception. Cette recherche d'ajustement a été appliquée au système vibro-acoustique constitué d'une plaque vibrante couplée à une cavité amortie. Pour un calcul fréquentiel, un premier pas dans ce sens demandait à ajuster deux paramètres de simulation importants : la fréquence maximale de calcul, puis le pas fréquentiel de calcul. En termes de contraintes perceptives, il a été cherché pour ces paramètres une valeur ajustée permettant de conserver les tendances qualitatives originellement établies à partir d'une évaluation auditive portant sur les sons réels rayonnés par la plaque dans la cavité. Les sons réels ont été collectés via l'expérimentation sur un banc d'essai constitué d'une plaque en acier couplée à une cavité parallélépipédique ; ces sons correspondaient au son rayonné par la plaque vibrante à l'intérieur de la cavité, enregistré dans diverses configurations structurales du système. Ces configurations impliquaient différentes combinaisons des modalités prises par les 3 paramètres structuraux variables retenus : l'épaisseur de la plaque, les conditions de serrage de la plaque et les propriétés en absorption de la cavité. Les sons enregistrés ont ensuite été soumis par paires à un jury d'auditeurs auxquels il était demandé d'évaluer leur dissimilarité et de donner un jugement de préférence. A partir de l'analyse des informations recueillies, des tendances qualitatives de référence ont été établies, en termes d'espace perceptif de dissimilarité, d'espace perceptif de préférence et de classement de préférence. Dès lors, en travaillant à partir des sons enregistrés, le processus d'ajustement a consisté, i) à déterminer, à partir d'un filtrage passe-bas appliqué aux sons, la fréquence de coupure ajustée qui permettait de préserver les tendances qualitatives de référence, ii) à rechercher le pas fréquentiel ajusté, à imposer aux spectres des sons avant synthèse, qui permettait de maintenir les tendances qualitatives précédemment établies.