UPThèses

Cette étude expérimentale s'intéresse au bruit tonal de bord de fuite sur un profil NACA 0012, et en particulier aux effets de l'inhomogénéité en envergure de l'écoulement sur les sources de bruit. L'originalité de l'approche consiste dans la mesure simultanée du bruit rayonné par antennerie acoustique et des champs de vitesse dans le sillage par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) résolue en temps (fréquence de 20 kHz afin de résoudre les échelles de temps acoustiques). Une expérience préliminaire retrouve, comme dans la bibliographie, des résultats de PIV altérés pour des fréquences inférieures à la limite de Shannon, et permet d'identifier l'allure des distorsions liées à cette erreur. La précision de la synchronisation entre le signal focalisé par formation de voies temporelle et les champs de vitesse est ensuite évaluée, et est de l'ordre du centième de milliseconde. La mesure acoustique révèle un bruit tonal (constitué d'un ou plusieurs pics fréquentiels) pour des conditions d'écoulement en accord avec la littérature. La formation de voies permet alors d'identifier des zones sources le long de l'envergure, distinctes pour chaque fréquence. Cela constitue un apport intéressant car les modèles théoriques utilisés pour décrire la formation de bruit tonal au bord de fuite sont bidimensionnels. L'analyse fréquentielle des champs de vitesse dans un plan parallèle au profil d'aile indique un détachement tourbillonnaire variable en fonction de la position en envergure, avec les mêmes fréquences dans les mêmes zones que les sources de bruit identifiées. Il est aussi montré que les zones sources de bruit sont celles où la cohérence transverse du détachement tourbillonnaire présente un maximum. Une mesure dans le plan perpendiculaire à l'aile permet le suivi temporel des tourbillons détachés au bord de fuite, et une comparaison entre le signal de vorticité et le signal acoustique focalisé sur la zone de mesure aboutit à un taux de corrélation satisfaisant, de l'ordre de 60%.

Les objectifs de réduction de bruit dans les domaines de l'ingénierie de l'aéronautique ou des transports terrestres impliquent l'identification des sources de bruit aéroacoustique, souvent réalisées au moyen d’antennes microphoniques. Dans cette thèse, des mesures sont réalisées avec un prototype d’antenne tridimensionnelle (3D) de microphones MEMS formant un tunnel autour de la section d'essai ouverte d'une soufflerie anéchoïque, et des stratégies de traitement de signal appropriées sont développées. Dans la première partie, la technique de formation de voies (FV), tenant compte d’un rayonnement dipolaire en champ libre des sources de bruit (typique du bruit d'interaction écoulement-obstacle), est étendue à l'identification des sources de bruit dans des domaines 3D. La FV 3D s'avère efficace pour identifier les sources aéroacoustiques générées par des profils d’aile encastrés. Des tests supplémentaires sur un cas plus complexe -un modèle d’aile hypersustentée- suggèrent que l’influence des parois du modèle sur la propagation du son devrait être prise en compte dans la technique d'identification des sources. La deuxième partie introduit ainsi la technique de retournement temporel (RT) numérique pour l'identification des sources de bruit en considérant des frontières solides dans l’écoulement. Cette technique combine des mesures acoustiques et un outil numérique 3D simulant la propagation du son dans un écoulement. Des cas test concernant diverses configurations délicates, dans lesquelles la technique de FV peut être mise en échec, sont conduits. Basée sur des données numériques, la technique de RT montre des performances intéressantes pour modéliser les effets d’installation en soufflerie, mais les frontières solides situées dans le voisinage immédiat de la source sonore peuvent dégrader les résultats. Enfin, le RT 3D est appliqué à des données expérimentales sur 768 voies concernant une source de bruit synthétique large bande diffractée par un profil d’aile. Dans ce cas, le RT 3D permet une meilleure précision dans la localisation des sources, au détriment du temps de calcul, par rapport à la FV 3D.

La localisation de sources aéroacoustiques sur les corps automobiles est actuellement un sujet d’intérêt majeur pour les industriels. Le traitement d’antenne microphonique par formation de voies (beamforming) est une méthode robuste, classiquement utilisée dans ce cadre. L’objectif principal de ce manuscrit concerne ainsi la détection de sources aéroacoustiques sur des corps non profilés. Deux configurations expérimentales sont envisagées : une marche montante qui représente un cas académique, et un corps tridimensionnel générant des structures tourbillonnaires de type montant de baie se rapprochant du cadre de l’industrie automobile. La localisation de sources par formation de voies classique a permis d’identifier, pour différentes gammes de fréquence, les principales régions d’émission acoustique, à savoir : les zones tourbillonnaires amont et aval sur la marche et les montants de baie latéraux sur le corps tridimensionnel. De plus, des tendances similaires dans les mesures de pression pariétale fluctuante et de pression acoustique en champ lointain ont été observées. L’étude s’est ensuite dirigée vers la détection d’intermittences acoustiques afin de déterminer dans quelle mesure, à l’instar du bruit de jet, le bruit d’écoulement en présence d’obstacle présente un caractère intermittent. Un processus de seuillage sur le champ lointain mesuré a permis de sélectionner des événements représentant 80% de l’énergie du signal original et 20% de sa durée sur les deux configurations. Une méthode de formation de voies temporelle, en lien direct avec la technique de retournement temporel, a été développée afin de réaliser une imagerie de sources aéroacoustiques en fonction du temps.L’utilisation de cette technique permet de montrer que les événements sélectionnés à partir du seuillage correspondent à des sources intermittentes dont on peut déterminer les lieux et les instants d’émission (obéissant à une distribution statistique Gamma). Le bruit aéroacoustique généré par les corps non profilés considérés dans cette étude peut donc être vu comme une succession d’événements intermittents identifiables. Enfin, la reconstruction des signaux acoustiques à partir d’une famille d’ondelettes a été effectué. Les spectres du signal original et filtré sont fortement semblables, une différence de l’ordre de 10% ayant été observée entre eux pour les deux maquettes, confirmant l’importance des événements intermittents dans le rayonnement aéroacoustique des corps non profilés.

Le développement croissant des moyens de transport a engendré des nuisances sonores en zone urbaine et périurbaine. Pour pallier ce problème les industriels sont amenés à effectuer des études en vue de la réduction du bruit. La première étape de ce travail consiste à localiser les zones responsables de la production sonore. Le traitement d'antenne microphonique associé à la formation de voies (beamforming) est une méthode classique et robuste de localisation de sources sonores. Dans le cas de sources aéroacoustiques, cette technique d'imagerie peut être appliquée in situ, engendrant un coût important, ou en soufflerie anéchoïque. L'application de cette technique à des mesures en soufflerie permet ainsi de localiser des sources de bruits dans un écoulement, mais les effets de l'écoulement sur la propagation doivent être pris en compte pour une localisation optimale. Une expérience de localisation de source est mise en place dans la soufflerie anéchoïque Eole afin de valider le traitement par formation de voies associé aux corrections des effets de l'écoulement. Deux modèles correctifs distincts sont testés (modèle d'Amiet et modèle de Koop). Les résultats montrent que cette technique permet d'estimer très précisément la position de la source acoustique. De plus, nous montrons que les effets de l'écoulement sur la propagation sont bien indépendants de la longueur d'onde acoustique. Cependant, les moyens techniques limitent l'étude sur la localisation de source à de faibles vitesses, ainsi un code numérique résolvant les équations d'Euler linéarisées est utilisé afin de simuler des conditions d'écoulement plus diverses. Nous mettons en évidence que le décalage apparent...