Université de Franche-Comté

Comment l'air et les matériaux interagissent pour produire du son


Le bruit, de plus en plus reconnu comme nuisance, fait l'objet de traques draconiennes. Ainsi, les normes des collectivités, et notamment de la communauté européenne, ne cessent de diminuer le volume sonore tolérable. Ceci est particulièrement vrai dans le domaine automobile, où en permanence des vibrations produisent du bruit, à l'intérieur de l'habitacle comme à l'extérieur. Comprendre et maîtriser les phénomènes physiques en jeu dans la création et la propagation d'un son devient donc crucial.
• L'équipe Dynamique des structures du laboratoire de Mécanique appliquée R. Chaléat de l'institut FEMTO-ST, sollicitée notamment par les grands industriels des transports et motivée par des interrogations fondamentales, se penche depuis peu sur cette problématique. Deux aspects font de celle-ci un sujet d'étude particulièrement novateur. D'une part, il se situe à l'interface de deux disciplines : l'étude des vibrations mécaniques des structures et de l'acoustique aérienne. Une structure vibrante, avec des fréquences de résonance, va interagir fortement avec le milieu ambiant (typiquement l'air) si elle rencontre la propre fréquence de résonance de ce milieu. C'est donc d'un phénomène de couplage entre ces deux systèmes que naît le bruit. D'autre part, il se situe majoritairement dans une gamme de fréquence d'excitation largement inexplorée. Le domaine des basses fréquences, spécialité jusqu'alors de l'équipe, très étudié en dynamique des structures parce que c'est dans celui-ci que se situent les problèmes de tenue en fatigue, est caractérisé par des pics de résonance distincts, avec peu de recouvrement modal. Des outils efficaces de modélisation, tels que l'analyse modale, en font un domaine bien connu. Celui des hautes fréquences, quant à lui, est plutôt l'apanage des acousticiens. Le recouvrement modal est atteint et sa description utilise plutôt les outils statistiques. Entre ces deux extrémités se situe le domaine dit  des moyennes fréquences Ÿ où la structure étudiée n'a plus vraiment un comportement modal, alors que les techniques de moyennages spatiaux, fréquentiels ou numéraires, ne sont pas encore efficaces.

• Le plan d'action de l'équipe pour appréhender ce nouveau champ d'exploration, consiste à confronter les approches expérimentales et numériques en moyennes fréquences. À ce jour, aucune méthode d'analyse ne permet de gérer de façon satisfaisante les spécificités du domaine. Dans un premier temps, après avoir caractérisé une plaque en vibrations moyennes fréquences, l'équipe entend identifier expérimentalement le champ acoustique rayonné par cette plaque. Parallèlement, pour modéliser numériquement les vibrations des structures, les méthodes  haute Ÿ et  basse fréquence Ÿ seront testées, afin de mettre en évidence les avantages, inconvénients et surtout les limites de chaque approche, en vue de proposer une méthodologie alternative permettant le traitement du problème.  Enfin, la reconstitution par calcul du champ acoustique rayonné à partir de données mesurées, permettra la mise en évidence des phénomènes de couplage vibroacoustique.
• Des travaux de doctorat et post-doctoraux seront mobilisés sur les années à venir pour atteindre ces objectifs. À terme, la finalité industrielle est de développer des systèmes de contrôle du couplage vibroacoustique, intervenant en amont de la production, par exemple en introduisant des concepts  smart structures Ÿ, de type mousses actives ou adaptatives.


Structure sur un large intervalle fréquentiel

Réponse typique d'une structure sur un large intervalle fréquentiel, permettant la mise en évidence des différents comportements en basses, moyennes et hautes fréquences.

 

Emmanuel Foltête
Laboratoire de Mécanique appliquée R. Chaléat
FEMTO-ST (CNRS 6174)
Université de Franche-Comté / UTBM / ENSMM
Tél. 03 81 66 60 32
emmanuel.foltete@univ-fcomte.fr

 

 

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