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N d’ordre : 2007-35 ANNÉE 2007
THÈSE
présentée devant
L’ÉCOLE CENTRALE DE LYON
pour obtenir
le titre de DOCTEUR
SPÉCIALITÉ ACOUSTIQUE
par
Jean-Baptiste DUPONT
CONTRÔLE ACTIF D’IMPÉDANCE ACOUSTIQUE POUR
LA RÉDUCTION DU BRUIT TRANSMIS PAR UN
ENCOFFREMENT
Soutenue le 11 décembre 2007 devant la Commission d’Examen
JURY
Président : M. M. ICHCHOU
Examinateurs : Mme M.-A. GALLAND (Directeur de thèse)
M. M. COLLET (Rapporteur)
M. P. LECLAIRE
M. V. MARTIN (Rapporteur)
M. A. ROURE
M. N. TROMPETTE (INRS - Invité)
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, UMR CNRS 5509
École Centrale de Lyon
École Centrale de Lyon
Liste des personnes habilitées à diriger des recherches
NOM Prénom Corps grade Laboratoire Établissement
AURIOL Philippe Professeur CEGELY ECL
BEROUAL Abderrahmane Professeur CEGELY ECL
BURET François Maître de conférences CEGELY ECL
JAFFREZIC-RENAULT Nicole Directeur de recherche CEGELY CNRS/ECL
KRAHENBUHL Laurent Directeur de recherche CEGELY CNRS/ECL
MARTELET Claude Professeur CEGELY ECL
NICOLAS Alain Professeur CEGELY ECL
NICOLAS Laurent Directeur de recherche CEGELY CNRS/ECL
SIMONET Pascal Chargé de recherche CEGELY CNRS/ECL
THOMAS Gérard Professeur CEGELY ECL
VOLLAIRE Christian Maître de conférences CEGELY ECL
HELLOUIN Yves Maître de conférences DER EEA ECL
LE HELLEY Michel Professeur DER EEA ECL
GUIRALDENQ Pierre Professeur émérite DER STMS ECL
VINCENT Léo Professeur DER STMS ECL
LOEHAC Jean-Pierre Maître de conférences ICJ ECL
MAITRE Jean-François Professeur émérite ICJ ECL
MARION Martine Professeur ICJ ECL
MOUSSAOUI Mohand Professeur ICJ ECL
MUSY François Maître de conférences ICJ ECL
ROUY MIRONESCU Elisabeth Professeur ICJ ECL
ZINE Abdel-Malek Maître de conférences ICJ ECL
DAVID Bertrand Professeur ICTT ECL
CLOAREC Jean-Pierre Maître de conférences LEOM ECL
GAFFIOT Frédéric Professeur LEOM ECL
GAGNAIRE Alain Maître de conférences LEOM ECL
GARRIGUES Michel Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
GENDRY Michel Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
GRENET Geneviève Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
HOLLINGER Guy Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
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Liste des personnes habilitées à diriger des recherches
JOSEPH Jacques Professeur LEOM ECL
KRAWCZYK Stanislas Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
MARTIN Jean-René Professeur émérite LEOM ECL
O’CONNOR Ian Maître de conférences LEOM ECL
PHANER-GOUTORBE Magali Professeur LEOM ECL
ROBACH Yves Professeur LEOM ECL
SOUTEYRAND Eliane Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
TARDY Jacques Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
VIKTOROVITCH Pierre Directeur de recherche LEOM CNRS/ECL
CHEN Liming Professeur LIRIS ECL
BAILLY Christophe Professeur LMFA ECL
BERTOGLIO Jean-Pierre Directeur de recherche LMFA CNRS/ECL
BLANC-BENON Philippe Directeur de recherche LMFA CNRS/ECL
CAMBON Claude Directeur de recherche LMFA CNRS/ECL
CARRIERE Philippe Chargé de recherche LMFA CNRS/ECL
CHAMPOUSSIN Jean-Claude Professeur émérite LMFA ECL
COMTE-BELLOT Geneviève Professeur émérite LMFA ECL
FERRAND Pascal Directeur de recherche LMFA CNRS/ECL
GALLAND Marie-Annick Maître de conférences LMFA ECL
GODEFERD Fabien Chargé de recherche LMFA CNRS/ECL
HENRY Daniel Directeur de recherche LMFA CNRS/ECL
JEANDEL Denis Professeur LMFA ECL
JUVE Daniel Professeur LMFA ECL
LE RIBAULT Catherine Chargé de recherche LMFA CNRS/ECL
LEBOEUF Francis Professeur LMFA ECL
PERKINS Richard Professeur LMFA ECL
ROGER Michel Professeur LMFA ECL
SCOTT Julian Professeur LMFA ECL
SIMOENS Serge Chargé de recherche LMFA CNRS/ECL
TREBINJAC Isabelle Maître de conférences LMFA ECL
BENAYOUN Stéphane Professeur LTDS ECL
CAMBOU Bernard Professeur LTDS ECL
COQUILLET Bernard Maître de conférences LTDS ECL
DANESCU Alexandre Maître de conférences LTDS ECL
FOUVRY Siegfrid Chargé de recherche LTDS CNRS/ECL
GEORGES Jean-Marie Professeur émérite LTDS ECL
GUERRET Chrystelle Chargé de recherche LTDS CNRS/ECL
HERTZ Dominique Past LTDS ECL
ICHCHOU Mohamed Maître de conférences LTDS ECL
JEZEQUEL Louis Professeur LTDS ECL
JUVE Denyse Ingénieur de recherche LTDS ECL
KAPSA Philippe Directeur de recherche LTDS CNRS/ECL
LE BOT Alain Chargé de recherche LTDS CNRS/ECL
ii
LOUBET Jean-Luc Directeur de recherche LTDS CNRS/ECL
MARTIN Jean-Michel Professeur LTDS ECL
MATHIA Thomas Directeur de recherche LTDS CNRS/ECL
MAZUYER Denis Professeur LTDS ECL
PERRET-LIAUDET Joël Maître de conférences LTDS ECL
SALVIA Michelle Maître de conférences LTDS ECL
SIDOROFF François Professeur LTDS ECL
STREMSDOERFER Guy Professeur LTDS ECL
THOUVEREZ Fabrice Professeur LTDS ECL
TREHEUX Daniel Professeur LTDS ECL
VANNES André-Bernard Professeur émérite LTDS ECL
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Liste des personnes habilitées à diriger des recherches
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Remerciements
Ce travail a été réalisé au Centre Acoustique du Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique,
UnitéMixtedeRecherche5509associéeauCNRS.IlaétécofinancéparleCentreNationaldelaRecherche
Scientifique et l’Institut National de Recherche et de Sécurité. Je remercie tout d’abord ces deux organ-
ismes pour leur soutien mais également Daniel Juvé, directeur du Département Mécanique des Fluides,
Acoustique et Énergétique, pour m’avoir accueilli au sein de son groupe de recherche au cours de ces trois
dernières années.
Poursesconseilsetsaconstantedisponibilité,j’adressemesremerciementslesplussincèresàMadame
Marie-Annick Galland, Maître de Conférence à l’École Centrale de Lyon, qui a dirigé cette thèse. Son
assistance, son investissement et notre complicité auront sans nul doute été la clé de la réussite de ces
travaux.
Jeremercievivementtouslesmembresdujurypouravoiracceptédejugermontravail. J’exprime, en
particulier, ma plus profonde gratitude à M. Mohammed Ichchou, Professeur à l’École Centrale de Lyon
qui m’a fait l’honneur de présider ce jury. M. Manuel Collet, chargé de recherche à l’institut FEMTO-ST
de Besançon et M. Vincent Martin, directeur de recherche à l’institut Jean le Rond d’Alembert de Saint
Cyr l’École ont accepté d’évaluer ces travaux. Je leur suis infiniment reconnaissant de l’intérêt qu’ils y
ont porté. Je tiens enfin à témoigner ma reconnaissance à messieurs Philippe Leclaire, Alain Roure et
Nicolas Trompette pour leur présence enrichissante au sein de ce jury.
Les travaux présentés dans ce mémoire sont notamment basés sur de nombreuses expériences qui
n’aurait pu être menées à bien sans la compétence et l’implication de Pierre et Pascal. Je tiens également
à remercier chaleureusement Jean-Michel pour son expérience et son dévouement sans faille.
Pour l’accueil chaleureux dont j’ai bénéficié, je tiens à remercier tout les membres du laboratoire :
Benoît pour son amitié et sa complicité, Guillevic pour sa science du sport, Olivier pour son anglais
parfait et sa connaissance exhaustive du monde de l’informatique, Juninho pour avoir alimenté les con-
versations, Yannick, Cédric, Julien, Julien, Arganthaël, Johanna, Thomas, Benjamin, Elena, Micha,
Vincent, Sébastien, doctorants d’hier et d’aujourd’hui, ainsi que tous les membres permanents du labora-
toire. La qualité de l’ambiance de travail n’est sans doute pas étrangère à la réussite de ces travaux.
Comment ne pas remercier ma famille, notamment mes parents, pour leur soutien permanent et leur
confiance depuis maintenant plus de 27 ans. J’ai également une pensée pour Béatrice qui a tant donné
et qui aurait pu mettre un terme prématurément à ces travaux de thèse, Paulette fait maintenant de son
mieux, mais je ne pense pas qu’elle pourra combler le vide que tu as laissé.
Enfin, il y a Louise...
v
Remerciements
vi
Résumé
Lequartdesmaladiesprofessionnellesestliéàl’excèsdebruitsurleslieuxdetravailetlessolutionsclas-
siquementutiliséespourréduirel’expositionaubruitnesontpastoujourssuffisammentefficaces. Onpro-
poseicidedévelopperunestratégieactivepouraméliorerl’isolationd’unemachineparcapotage,procédé
usuel mais jusqu’à présent peu performant dans les basses fréquences. Depuis une dizaine d’années, des
absorbants actifs ont été développés par le Centre Acoustique du LMFA pour des applications aéronau-
tiques. Danscessystèmes, lapressionestréduiteparcontrôleactifàl’arrièred’unmatériauporeuxpour
en renforcer l’efficacité dans les basses fréquences. L’étude présentée dans ce mémoire a pour objectif
l’optimisation et la mise en œuvre de ces absorbants sur un encoffrement académique, permettant des
développements aussi bien théoriques qu’expérimentaux.
Le système est constitué d’une cavité rigide couplée à une plaque élastique bafflée. Il est excité par
unesourcemonopolairesituéedanslacavité. Ladémarches’appuiesurunemodélisationdusystèmedans
lebutdecalculerl’impédanceoptimaledel’absorbant,définiecommecellequi,pourchaquefréquencede
labande50Hz-600Hz,fournitlameilleureréductiondelapuissanceacoustiquetransmiseparlecapotage.
Une méthode modale permet de prendre en compte les couplages entre les différents sous-systèmes. La
puissanceacoustiquerayonnéeestcalculéeàpartirduchampdevitesseinduitsurlaplaque. L’impédance
optimale variant fortement avec la fréquence, elle n’est pas réalisable en large bande par un dispositif
passif ou actif simple. La stratégie sous-optimale alors choisie conduit à la réalisation d’un absorbant «
parfait» présentant une impédance normale réduite proche de 1.
Pour la mise en œuvre sur le banc d’essai, le matériau poreux choisi est une toile métallique de faible
épaisseur. Les configurations retenues impliquent trois cellules, chacune équipée d’une source secondaire
etd’unmicrophonedecontrôle. Lecontrôleactifestréaliségrâceàunalgorithme feedforward multivoie.
Enfin, la puissance rayonnée est mesurée par intensimétrie. Les performances expérimentales confirment
les prévisions et permettent une réduction de plus de 5dB sur la bande 50Hz-600Hz, avec des absorbants
couvrant seulement 2% de la surface de l’encoffrement. Ces réductions sont essentiellement visibles sur
la bande de fréquence 200-600Hz, où le rayonnement de la plaque est contrôlé par les modes de la cavité.
Sur la gamme 50-200Hz, le rayonnement est dominé par les modes de la plaque et les absorbants actifs
n’ont que peu d’effet.
Pouraméliorerlesperformancesdesabsorbantssur50-200Hz, uncontrôleactifdirectdel’impédance
est finalement envisagé en tube de Kundt. Il est réalisé grâce à deux microphones situés de part et
d’autre d’une couche de matériau poreux. Un algorithme de contrôle a été spécialement développé pour
approcher l’impédance optimale sur 50-200Hz tout en conservant la stratégie initiale d’absorption sur
200-600Hz. Un tel dispositif permettrait de réduire de 5dB supplémentaires la puissance transmise par
l’encoffrement.
vii
Résumé
viii
Description:Les travaux présentés dans ce mémoire sont notamment basés sur de
nombreuses expériences qui n'aurait pu est finalement envisagé en tube de
Kundt.
