DS0603 - Véhicules propres et sûrs

Etudes expérimentale et numérique de matériaux acoustiques innovants pour l'attenuation du bruit dans les écoulements industriels et urbains – FlowMatAc

Métamatériaux pour la réduction du bruit : Est ce qu'un écoulement rasant détruit ou amplifie leurs effets ?

Le projet FlowMatAc étudie des matériaux innovants destinés à réduire le bruit dans des conduites (système de ventilation, réacteur d'avion …). Ces métamatériaux, de faible encombrement, sont soumis à un écoulement d'air rasant. Ce projet vise à déterminer si cet écoulement va empêcher le métamatériau d'assurer sa fonction de réduction du bruit ou s'il va au contraire permettre une plus grande efficacité.

Métamatériaux acoustiques sous écoulement rasant

Le comportement acoustique des matériaux acoustiques en présence d'un écoulement rasant est un sujet difficile en raison de la complexité de l'interaction entre le son et l'écoulement turbulent dans la couche limite. Ainsi, ce projet vise à approfondir la compréhension des mécanismes physiques qui apparaissent dans l'interaction entre le son et l'écoulement dans la couche limite juste au-dessus d'un matériau acoustique. <br />Pour ce faire, on comparera les résultats expérimentaux avec les résultats analytiques et les résultats numériques basés sur la simulation aéroacoustique directe (DAS) sur des traitements acoustiques classiques et innovants. Cette comparaison donnera les lignes directrices qui permettront aux utilisateurs de distinguer quand il est pertinent d'utiliser des codes non visqueux et quand l'effet de la viscosité et de la turbulence est important. C'est une question cruciale pour les industriels qui effectuent des calculs très importants (comme dans le secteur aéronautique) car les temps de calcul sont très différents si la viscosité et la turbulence sont prises en compte ou non. <br />Le second objectif du projet est de développer des solutions acoustiques innovantes faisant appel à des métamatériaux utilisés en tant qu'absorbeurs de bruit et capables de faire face aux contraintes spatiales résultant d'applications réelles (des turbo-propulseurs à la ventilation dans les immeubles de grande hauteur). Les mécanismes d'absorption acoustique de ces nouvelles solutions acoustiques et leurs performances en présence d'écoulement rasant seront étudiés.

Le projet est divisé en 4 tâches scientifiques dont une partie sera exécutée en parallèle. La tâche 0 est la tâche de gestion. La première tâche consiste à définir les cas d'essai à étudier expérimentalement et numériquement. Elle est divisée en deux sous-tâches: l'une au début du programme sur les matériaux génériques et l'autre à mi-parcours du projet sur les matériaux innovants. La seconde tâche concerne la simulation numérique. La plupart des travaux seront consacrés à la Simulation Aéroacoustique Directe (DAS) mais pour des raisons de comparaison, une partie sera consacrée à l'adaptation de la Méthode MultiModale. La troisième tâche est consacrée à la mesure de liners génériques et innovants: mesures microphoniques, mesures PIV et mesures LDA. L'évaluation et la comparaison des résultats numériques et expérimentaux sont effectuées dans la Tâche 4 pour les liners génériques et innovants. L'efficacité des traitements acoustiques innovants avec écoulement sera déterminée.

L'objectif technique de ce projet FlowMatAc est de développer une nouvelle technologie de matériaux acoustiques dédiée à la réduction du bruit des basses fréquences de faible épaisseur pour mieux répondre à la demande croissante de fiabilité structurelle et de confort acoustique. Les principes de conception des traitements acoustiques avec de nouvelles technologies seront testés dans un environnement réaliste et seront portés à un niveau de préparation technologique de TRL4, c'est-à-dire une validation du modèle en laboratoire dans des conditions assez réalistes (p. ex. avec un débit et des amplitudes élevées). A l'issue du projet, les partenaires seront en mesure de proposer ces solutions innovantes à des partenaires industriels du domaine de l'aéronautique et de la ventilation. Par leurs travaux antérieurs, les partenaires savent que de telles études de matériaux sont très intéressantes pour ces industries. L'objectif scientifique est de comprendre la physique de l'absorption acoustique des liners innovants en présence d'un écoulement rasant à travers une étude détaillée combinant calculs analytiques, simulations numériques de haute fidélité et techniques expérimentales de haute résolution. Une telle étude combinée des effets de l'écoulement rasant sur l'absorption du matériau acoustique est nouvelle. Beaucoup de questions restent sans réponse et seuls des résultats numériques et expérimentaux très précis peuvent aider à répondre à ces questions. Les résultats seront publiés sur un site web et seront utilisés par d'autres équipes dans le monde entier comme référence.

Des ruptures technologiques sont attendues dans le domaine de la réduction du bruit des conduits. Les solutions actuellement utilisées atteignent leurs limites lorsqu'il s'agit de réduire le bruit à basse fréquence avec un encombrement réduit. De nombreuses équipes à travers le monde travaillent sur les métamatériaux acoustiques. Cependant, l'effet de l'écoulement n'est presque jamais pris en compte, bien qu'il puisse jouer un rôle crucial. Ce projet comblera cette lacune et il cherchera à utiliser l'écoulement pour améliorer l'effet acoustique de ces métamatériaux.

Une première publication a permis de montrer que les modèles courament utilisés (remplacement du traitement acoustique par une impédance équivalente) ne marchent pas bien en présence d'écoulement. Ce résultat a aussi été exposé lors d'un congrès et a donn

Le but de ce projet est de créer de nouvelles connaissances liées aux impacts environnementaux des véhicules et des bâtiments, et en particulier leur nuisance sonore. Le bruit produit par divers systèmes de circulation d'air est responsable d'une part importante de problèmes de bruit dans les transports et les bâtiments. Ce projet Franco-Honkongais vise à étudier l’effet de l’écoulement sur l’efficacité de matériaux acoustique innovant. Un des objectifs scientifiques du projet actuel est de comparer les résultats expérimentaux sur des traitements acoustiques classiques et innovants aux résultats de calculs analytiques et aux résultats numériques obtenus issus de simulations aéroacoustiques directes (DAS). Un second objectif de ce projet sera d’effectuer des mesures très précises de traitements acoustiques innovants avec l'écoulement. Une attention particulière sera portée à la condition aux limites qui existe, au niveau de la couche limite, entre le matériau et l’écoulement

Coordinateur du projet

Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Consortium for Sound and Vibration Research (Hong Kong Polytechnic University)
Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine

Aide de l'ANR 251 680 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2016 - 48 Mois

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